Federated Robust Embedded Systems: Concepts and Challenges

The development within the area of embedded systems (ESs) is moving rapidly, not least due to falling costs of computation and communication equipment. It is believed that increased communication opportunities will lead to the future ESs no longer being parts of isolated products, but rather parts of larger communities or federations of ESs, within which information is exchanged for the benefit of all participants. This vision is asserted by a number of interrelated research topics, such as the internet of things, cyber-physical systems, systems of systems, and multi-agent systems. In this work, the focus is primarily on ESs, with their specific real-time and safety requirements. While the vision of interconnected ESs is quite promising, it also brings great challenges to the development of future systems in an efficient, safe, and reliable way. In this work, a pre-study has been carried out in order to gain a better understanding about common concepts and challenges that naturally arise in federations of ESs. The work was organized around a series of workshops, with contributions from both academic participants and industrial partners with a strong experience in ES development. During the workshops, a portfolio of possible ES federation scenarios was collected, and a number of application examples were discussed more thoroughly on different abstraction levels, starting from screening the nature of interactions on the federation level and proceeding down to the implementation details within each ES. These discussions led to a better understanding of what can be expected in the future federated ESs. In this report, the discussed applications are summarized, together with their characteristics, challenges, and necessary solution elements, providing a ground for the future research within the area of communicating ESs

Organisatie van geestelijke gezondheidszorg voor kinderen en jongeren : literatuurstudie en internationaal overzicht

INTRODUCTIE: In de laatste decennia van de vorige eeuw werden er in de Westerse landen belangrijke hervormingen ingezet in de sector van de geestelijke gezondheidszorg (GGZ). In de GGZ voor volwassenen kwam er geleidelijk een model van “balanced care” (“gebalanceerde zorg”) op de voorgrond: een diversiteit aan diensten biedt de zorg zo kort mogelijk bij de eigen leefwereld van de patiënt aan, en enkel indien nodig in een instelling. Tegelijkertijd moet men ook een vlotte en naadloze overgang van de ene dienst naar de andere garanderen. Geestelijke gezondheidsproblemen bij kinderen en jongeren zijn niet onfrequent. De WGO (Wereldgezondheidsorganisatie) schat de prevalentie in Westerse landen op ongeveer 20%. Ongeveer 5% zou een klinische tussenkomst nodig hebben. De sector van GGZ voor kinderen en jongeren is pas veel later ontstaan dan deze van de volwassenen, en kent een andere zorgstructuur. Toch dringen de hierboven geschetste hervormingsprincipes ook hier door. Bovendien dient zorg voor kinderen en jongeren vaak over de grenzen van de GGZ sector heen te gebeuren, bijvoorbeeld door de huisarts of kinderarts, en komen veel problemen bij kinderen en jongeren voor het eerst aan het licht buiten de zorgsector, zoals op school. GGZ voor kinderen en jongeren dient dan ook deze zogenaamde “belendende sectoren” mee te betrekken: welzijnswerk, justitie, gehandicaptenzorg, onderwijs. DOELSTELLING: De doelstelling van dit rapport is om kennis bijeen te brengen over organisatorische en financieringsaspecten van GGZ voor kinderen en jongeren, en dit in het licht van de hierboven geschetste context. De specifieke therapie-inhoud blijft buiten beschouwing. Het rapport bestaat uit twee delen: een overzicht van de literatuur en van de organisatie van GGZ voor kinderen en jongeren in België en drie andere landen. Dit rapport formuleert nog geen voorstellen voor de zorgorganisatie in België. Voor dit proces zullen Belgische stakeholders betrokken worden. Het resultaat hiervan zal beschreven worden in een afzonderlijk rapport. METHODE: Zowel voor het literatuuronderzoek als voor het internationale overzicht werd gezocht in databases met peer-reviewed publicaties en in de grijze literatuur. In het literatuuronderzoek werden naast vergelijkend onderzoek ook descriptieve studies en kwalitatief onderzoek geïncludeerd. Voor het internationaal overzicht werd de beschikbare literatuur aangevuld met gegevens van lokale informanten. MODELLEN VAN ZORGORGANISATIE: Dit rapport legt de focus op de meest geciteerde modellen, en die modellen waarvoor er vergelijkend onderzoek gebeurde. De twee meest geciteerde modellen in de literatuur zijn het WGO-model en het Systems of care model. Beide zijn vrij algemeen en vragen verdere uitwerking door het land of de regio die GGZ voor kinderen en jongeren wil implementeren. De meeste vergelijkende studies zijn wel gekenmerkt door talrijke methodologische beperkingen zoals onduidelijke inclusiecriteria, onduidelijke uitkomstmaten of kleine steekproeven. INTERNATIONAAL OVERZICHT: Om redenen van haalbaarheid werd gekozen om dit deel te beperken tot België, Nederland, Canada (British Columbia) en Engeland. De selectie vertrok van een long-list waarop vervolgens een aantal selectiecriteria werden toegepast. CONCLUSIE: Het belang van een nationaal/regionaal beleid voor kinder- en jeugd GGZ, geconcretiseerd in een duidelijk plan, is al langer bekend. Toch is de literatuur over organisatiemodellen binnen kinder- en jeugd GGZ weinig richtinggevend voor beleidsmakers. De twee belangrijkste modellen die in de literatuur aangetroffen werden geven enkel grote beleidslijnen van algemene aard aan. Bovendien zijn de wetenschappelijke studies in dit domein van beperkte kwaliteit en blijft een groot deel van de beleidsvraagstukken niet of onvoldoende onderzocht. Wel kan men uit het onderzoek ivm. het Systems of care besluiten dat de overheid niet enkel een betere zorgorganisatie en –coordinatie dient te stimuleren. Zij dient ook het ontwikkelen en verspreiden van doelmatige therapeutische concepten te bevorderen. Het onderzoek ivm. preventie en behandeling van angststoornissen via scholen toont aan dat men moet durven zoeken naar oplossingen in samenwerking met andere sectoren buiten de gezondheidszorg. In de bestudeerde landen gaan de hervormingen uit van theoretische denkkaders die gebaseerd zijn op belangrijke ethische principes en waarden; deze overlappen in belangrijke mate tussen de verschillende landen. Echter, bij het praktisch realiseren van dit denkkader ondervindt men talrijke moeilijkheden, en in een aantal gevallen mislukt men in de vooropgestelde doelstellingen. Over het daadwerkelijke resultaat van de gevoerde hervormingen zijn er meestal weinig harde gegevens. Wellicht kan men pas tot een positief resultaat komen als zowel klinische, organisatorische, als financiële aspecten alle tegelijk aangepakt worden; en als ook de eigenheid van elk van de betrokken sectoren daarbij niet uit het oog verloren wordt. In de volgende faze van deze studie zullen samen met de Belgische stakeholders voorstellen voor hervormingen geformuleerd worden. De resultaten hiervan worden afzonderlijk gepubliceerd

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

Towards a European Health Research and Innovation Cloud (HRIC)

The European Union (EU) initiative on the Digital Transformation of Health and Care (Digicare) aims to provide the conditions necessary for building a secure, flexible, and decentralized digital health infrastructure. Creating a European Health Research and Innovation Cloud (HRIC) within this environment should enable data sharing and analysis for health research across the EU, in compliance with data protection legislation while preserving the full trust of the participants. Such a HRIC should learn from and build on existing data infrastructures, integrate best practices, and focus on the concrete needs of the community in terms of technologies, governance, management, regulation, and ethics requirements. Here, we describe the vision and expected benefits of digital data sharing in health research activities and present a roadmap that fosters the opportunities while answering the challenges of implementing a HRIC. For this, we put forward five specific recommendations and action points to ensure that a European HRIC: i) is built on established standards and guidelines, providing cloud technologies through an open and decentralized infrastructure; ii) is developed and certified to the highest standards of interoperability and data security that can be trusted by all stakeholders; iii) is supported by a robust ethical and legal framework that is compliant with the EU General Data Protection Regulation (GDPR); iv) establishes a proper environment for the training of new generations of data and medical scientists; and v) stimulates research and innovation in transnational collaborations through public and private initiatives and partnerships funded by the EU through Horizon 2020 and Horizon Europe

Designing privacy for scalable electronic healthcare linkage

A unified electronic health record (EHR) has potentially immeasurable benefits to society, and the current healthcare industry drive to create a single EHR reflects this. However, adoption is slow due to two major factors: the disparate nature of data and storage facilities of current healthcare systems and the security ramifications of accessing and using that data and concerns about potential misuse of that data. To attempt to address these issues this paper presents the VANGUARD (Virtual ANonymisation Grid for Unified Access of Remote Data) system which supports adaptive security-oriented linkage of disparate clinical data-sets to support a variety of virtual EHRs avoiding the need for a single schematic standard and natural concerns of data owners and other stakeholders on data access and usage. VANGUARD has been designed explicit with security in mind and supports clear delineation of roles for data linkage and usage