Telemedicine for improving access to health care in resource-constrained areas : from individual diagnosis to strengthening health systems

In many developing countries there is an acute shortage of trained medical specialists. This does not only hamper individual patients’ access to medical diagnostics but furthermore limits the development of health systems because a major role of the specialists is the provision of continuous medical education of health care personnel. The rapid development of information and communication technologies has enabled radically new forms of virtual collaboration at a distance. So-called telemedicine enables us today to transmit knowledge to the patient rather than to only transport patients to the centres where the knowledge is available; this has promising implications in particular for remote and under-served areas. Initiated by a request from a Swiss surgeon from Solomon Islands, a project for supporting the hospital in Honiara, capital of Solomon Islands, with pathology diagnoses was started between Honiara and the Department of Pathology in Basel in 2001. After a successful start this pilot project found broad interest, and the Internet platform that had been developed was soon utilised by projects from other countries and medical disciplines. Thus, questions arose about the diagnostic accuracy of such remote diagnoses as well as about their acceptance and impact on the local health care system. The work presented here was initiated on this background. It analyses the applicability of telemedicine in the context of resource-constrained areas and in particular the possibilities to extend its impact from improving individual diagnosis towards strengthening health care systems. A central part of this project was the development of iPath, an Internet- and email-based telemedicine platform, which facilitates medical consultations, knowledge exchange and continuous education on a global scale. A particular emphasis was put on the applicability and accessibility for users from developing countries with limited infrastructure and network connectivity. The complete software was released under an open-source licence in order to allow unrestricted reuse for other institutions. The diagnostic accuracy of this form of telemedicine was studied in two projects from the field of pathology. A retrospective review of over 200 glass slides from each project revealed complete diagnostic concordance between the telemedical diagnosis and review diagnosis in 69% and 85% respectively. Clinically relevant discrepancies were found in 8% and 3.3% of all examinations. Selection of images by the non-expert and communication were found to have the greatest impact on diagnostic accuracy. Both factors can be addressed by training and organisation of workflow. In comparison to submitting material for pathological examination by courier, the turn-around time could be reduced from weeks to days or hours. Besides the more rapid availability of diagnosis, telemedicine enabled a direct dialogue between the surgeon and the pathologist and thus facilitated an implicit permanent medical education. The educational aspects of telemedicine were studied within the scope of a tele-dermatology project in South Africa. Distance collaboration with a dermatologist empowered a general practitioner based in a rural area to diagnose and treat a majority of patients with dermatological problems. Besides the direct benefit of saving the patients the cost of transportation to visit the dermatologist, the general practitioner could strengthen his own diagnostic skills under direct guidance and quality control of a specialist. As a consequence he will be able to treat more patients locally, close to their homes and families. The whole project was implemented within the local health system in order to facilitate a future inclusion of other primary care facilities. Regional telemedicine networks play a major role to ensure relevance and acceptability of consultative and educational telemedicine. Within the scope of the Ukrainian Swiss Perinatal Health Program a telemedicine component was included, and it was found that the use of regional language as well as inclusion of the regional specialists are important for the acceptance of telemedicine and should not be neglected in a era of globalisation. The presented results demonstrate that save and reliable telemedicine can be implemented with limited resources. Telemedicine is suitable in particular to strengthen existing international collaborations and to support professionally isolated medical specialists. Regional collaboration and inclusion of regional specialists are desirable if telemedicine shall help to strengthen health care systems. The application of telemedicine should not only focus on providing care to individual patients, but should explicitly incorporate skills development and capacity building of primary care staff. Organisation of work flow and communication have been found to be the most challenging task for the implementation of telemedicine networks. Resources must be invested not only in technology but more importantly in training and organisation. Utilisation of existing technological infrastructure is advisable wherever possible and greatly reduces the complexity of providing support and maintenance. The presented telemedicine platform provides an efficient tool for the organisation of interdisciplinary, regional and international telemedicine networks. We hope that the unrestricted availability of the software developed during this project will enable other institutions to utilise it for their own purpose and that they will thus be able to allocate resources on the organisation of workflow rather than technology

Sistemi informatici in radiologia: sviluppi tecnologici del PACS di area vasta nord-ovest

L’introduzione dei Sistemi informativi in Sanità, in particolare per la gestione delle immagini radiologiche, ha avuto negli ultimi anni una drammatica accelerazione. La refertazione al computer permette di manipolare l’immagine off-line con modalità quali il controllo dei contrasti e della luminosità, l’ingrandimento, la ricostruzione di piani non assiali, l’apposizione di regioni di interesse (ROI) ed altre. Tutto ciò si realizza in una aumentata qualità della refertazione, associata inevitabilmente ad una minore percentuale di errore. Una delle conseguenze di questo processo di innovazione è la costante crescita del bisogno di governare l’enorme mole di dati prodotta, sia dal punto di vista clinico, sia amministrativo. È evidente come la necessità di estrarre in modo automatico informazioni cliniche nascoste in gigabyte di dati, porti alla realizzazione di software basati su alti livelli di interoperabilità. Proprio in questa ottica, il profilo di integrazione Cross-Enterprise Document Sharing (XDS), dopo mesi di test, si è rivelato estremamente efficace portando interessanti e promettenti risultati. Possiamo senza dubbio affermare, a conclusione del nostro studio, che XDS, insieme agli altri profili IHE, offre una solida base per lo sviluppo di reti sanitarie condivise. Già prima dell’implementazione con XDS, il RIS/PACS dell’area vasta Nord Ovest Toscana (NOT) aveva la possibilità di condividere informazioni e immagini tra i vari computer della rete. Erano tuttavia presenti diverse limitazioni superate dall’introduzione di XDS, le cui caratteristiche lo rendono la soluzione ideale per migliorare le caratteristiche dello sharing. Alcuni degli aspetti di innovazione di maggior rilievo sono riassunti di seguito: • All’interno dell’affinity domain, la condivisione è totale e uniforme; cioè grazie a IHE e ai suoi profili di integrazione (tra cui XDS), c’è la possibilità di instaurare dialoghi tra Sistemi informatici con diverso marchio, così da superare la limitazione dovuta ai conflitti possibili tra linguaggi di comunicazione. Infatti, pur adottando protocolli standard di comunicazione, spesso i software non sono in grado di scambiarsi efficientemente dati, in quanto gli standard stessi possono presentare conflitti interpretativi e troppo ampia scelta di opzioni. È quindi preferibile, con una bassa necessità di “customizzazione” locale e costi molto ridotti, implementare i diversi software informatici, piuttosto che modificare e comprare lo stesso software per tutti i computer dell’affinity domain. • Grazie al profilo BPPC, la privacy del paziente è massima, cioè la persona si trasforma in un agente attivo, cioè in grado di scegliere se e quali dati condividere. • I messaggi del profilo si basano sulla tecnologia ebXML, sistema robusto e collaudato, flessibile e facilmente scalabile. • Questo profilo di integrazione permette di pubblicare o condividere qualsiasi tipo di documento, testo, immagini, video, etc… • In ogni transazione viene spedito sempre un metadata e il documento stesso; in questo modo è possibile inserire informazioni aggiuntive quali autore, data o una descrizione (ad es. esiste un profilo chiamato REM, radiation exposure monitoring, che è in grado di segnalare la quantità di dose inviata al paziente per ogni esame di diagnostica per immagini). • Grazie alla possibilità di raggruppare dati di un singolo paziente (folder) si può seguire l’intera storia clinica del paziente, con la possibilità di realizzare dei sistemi di “data warehousing” che sempre di più si appoggeranno al fascicolo sanitario personale del paziente. • La possibilità di gestire in modo trasparente il formato dei dati permette di avere nello stesso strumento (registry) dati di natura completamente diversa e ricercare lo stesso dato clinico in un filmato, piuttosto che in una immagine o in un referto di laboratorio per poterlo “incrociare” efficacemente. • Il valore aggiunto di XDS è che non c’è duplicazione di dati e ridondanza, particolare molto importante per dati voluminosi come le immagini radiologiche. L’implementazione XDS del RIS/PACS dell’area vasta NOT ha necessariamente come fine ultimo quello di apportare dei benefici verso il paziente in particolare attraverso la possibilità di condividere le informazioni cliniche e le immagini radiologiche. Alcuni di questi benefici sono emersi chiaramente nel corso della sperimentazione eseguita a Pisa con le immagini mammografiche, che ha rappresentato un primo significativo passo verso lo sviluppo di una integrazione totale, con la possibilità di condividere qualsiasi tipo di dato sanitario. Nelle nostre intenzioni c’è quella di espandere la sperimentazione concentrandoci inizialmente sulla condivisione dei dati e delle immagini chirurgiche. Tra i principali benefici emersi nel corso dello studio o prevedibili in base alle caratteristiche di questa nuova piattaforma, quelli che seguono meritano a nostro giudizio una particolare attenzione. Accesso completo ai dati. Il personale medico ha accesso istantaneo a risultati di esami di laboratorio, esami di diagnostica per immagini, indipendentemente da dove gli esami sono stati eseguiti. Seconda opinione. Gli esami (di qualsiasi dipartimento) possono essere condivisi tra diversi medici così da avere una seconda opinione su esami dubbi, in questo modo si riducono in modo significativo gli errori diagnostici. Consultazione tra specialisti. La richiesta da parte di un dipartimento di consulti specialistici esterni è fortemente facilitata, non essendo più necessaria la presenza fisica del consulente, il quale potrà ricevere per via digitale informazioni complete su anamnesi, patologia, diagnosi e terapie passate e presenti del paziente. Condivisione per altri usi. La piattaforma può essere utilizzata per condividere altre informazioni. E’ in studio ad esempio la creazione di una ePharmacy , che connetta la farmacia centrale dell’ospedale con i vari ambulatori clinici. Il fattore essenziale per un efficace sviluppo del profilo XDS è rappresentato dall’ampliamento dell’affinity domain, ovvero del network di utilizzo della piattaforma. Grazie a questo passo, si potrebbe ottenere un’interoperabilità che superi i confini regionali, fino ad arrivare a quelli nazionali e continentali. Se così accadesse, lo sviluppo dei profili di integrazione IHE (come il profilo XDS) potrebbe portare nel tempo a una riforma complessiva dei modelli organizzativi e di formazione in ambito sanitario, finalizzata ad una riduzione dei costi e associata ad una ottimizzazione delle prestazioni. Il facile accesso al dato clinico e il virtuale azzeramento della distanza fisica tra realtà cliniche potrà avere come conseguenza la creazione di centri ad elevata specializzazione che potranno acquisire casistiche sufficientemente numerose anche per patologie relativamente rare, garantendo cosi livelli elevati di accuratezza diagnostica su un vastissimo territorio. Il processo di distribuzione dell’eccellenza, già in atto al momento sotto la spinta principale dell’ottimizzazione delle risorse economiche, sarebbe così fortemente incentivato e non andrebbe a discapito della qualità dell’assistenza sanitaria, ma contribuirebbe a migliorarla. Non è da sottovalutare anche come la refertazione remota, che è già realtà in diverse regioni del mondo, si accompagni a riduzione significativa dei costi, riduzione dei tempi di attesa e spesso ad un miglioramento dell’accuratezza diagnostica. Normalmente infatti, la diagnosi viene formulata in doppio cieco, ovvero l’immagine radiologica viene inviata a due centri diversi. Non va naturalmente dimenticato che, come ogni trasformazione, anche quella descritta potrà portare con sè anche aspetti negativi verso i quali sarà necessario intraprendere le necessarie contromisure. Va sottolineato ad esempio che la condivisione di immagini o di altre notizie diagnostiche non potrà mai sostituire le informazioni che si ottengono dal contatto diretto con il paziente. Le informazioni che il clinico trae dalla visita, dal contatto diretto con il malato, dall’esame obiettivo rimarranno sempre aspetti indispensabili di una corretta pratica medica. XDS può contribuire alla condivisione delle informazioni, ma non deve in alcun modo condurre a un distacco dalla buon pratica clinica. In un contesto ospedaliero in cui vengano enfatizzati gli aspetti di ultra-specializzazione del personale medico, maggiore attenzione dovrà essere posta sulla formazione continua delle competenze cliniche di base, incluse quelle legate alle pratiche internistiche generali e di pronto soccorso. In conclusione, riteniamo che questi scenari ipotizzati non siano lontani dal realizzarsi; gli studi sui sistemi informativi sono in continua evoluzione e la competitività tra le varie aziende produttrici di software non fa che portare a un continuo aggiornamento. Siamo convinti che lo sviluppo di questi profili di supporto alla condivisione dei dati clinici consenta di governare più efficacemente i processi di trasformazione dei modelli organizzativi già in atto, facendo in modo che processi guidati dalle esigenze di risparmio economico non si trasformino in un impoverimento della qualità dell’assistenza, ma piuttosto in un generale miglioramento

Toward a Discourse Community for Telemedicine: A Domain Analytic View of Published Scholarship

In the past 20 years, the use of telemedicine has increased, with telemedicine programs increasingly being conducted through the Internet and ISDN technologies. The purpose of this dissertation is to examine the discourse community of telemedicine. This study examined the published literature on telemedicine as it pertains to quality of care, defined as correct diagnosis and treatment (Bynum and Irwin 2011). Content analysis and bibliometrics were conducted on the scholarly discourse, and the most prominent authors and journals were documented to paint and depict the epistemological map of the discourse community of telemedicine. A taxonomy based on grounded research of scholarly literature was developed and validated against other existing taxonomies. Telemedicine has been found to increase the quality and access of health care and decrease health care costs (Heinzelmann, Williams, Lugn and Kvedar 2005 and Wootton and Craig 1999). Patients in rural areas where there is no specialist or patients who find it difficult to get to a doctor’s office benefit from telemedicine. Little research thus far has examined scholarly journals in order to aggregate and analyze the prevalent issues in the discourse community of telemedicine. The purpose of this dissertation is to empiricallydocument the prominent topics and issues in telemedicine by examining the related published scholarly discourse of telemedicine during a snapshot in time. This study contributes to the field of telemedicine by offering a comprehensive taxonomy of the leading authors and journals in telemedicine, and informs clinicians, librarians and other stakeholders, including those who may want to implement telemedicine in their institution, about issues telemedicine

The Application of Computer Techniques to ECG Interpretation

This book presents some of the latest available information on automated ECG analysis written by many of the leading researchers in the field. It contains a historical introduction, an outline of the latest international standards for signal processing and communications and then an exciting variety of studies on electrophysiological modelling, ECG Imaging, artificial intelligence applied to resting and ambulatory ECGs, body surface mapping, big data in ECG based prediction, enhanced reliability of patient monitoring, and atrial abnormalities on the ECG. It provides an extremely valuable contribution to the field

Investigating the adoption of enterprise application integration in healthcare organisations using an actor-oriented approach

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.This dissertation focuses on Enterprise Application Integration (EAI) adoption in healthcare organisations. EAI has emerged to support organisations overcoming their integration problems and it has been adopted by many organisations in various sectors. Despite its importance, the healthcare domain develops EAI solutions at a slower pace and it can be characterised as a laggard comparing to other sectors. The small number of EAI applications in healthcare has resulted in limited research in this area with many issues, like its adoption requiring further investigation. The normative literature analyses the factors that influence EAI adoption in healthcare (MAESTRO model) but it has not yet explored the role of actors during the adoption process. This dissertation makes a step forward and contributes to the body of knowledge as it: (a) highlights the role of healthcare actors and attitudes towards EAI adoption, (b) introduces an actor-oriented approach, (c) derives and proposes a structured method, named Individual, Group, Organisational, Human, Controllers, Acceptors, Providers, Supporters (IGOHcaps), to model how actors might be identified (structured because such a rationale is explicable and such a method is more readily usable when transferred to others), (d) identifies those actors involved in this process, by using the proposed IGOHcaps method and (e) combines the actor-oriented approach with the factors influencing EAI adoption. The author claims that such an approach is significant and novel as: (a) it extends established norms for EAI adoption, by incorporating an actor-oriented analysis and (b) the actors' differing views emerging could enable decision making bodies to produce more robust proposals for EAI adoption. The author discusses the application of this approach by using a qualitative, interpretive, multiple case study research strategy. Empirical data collected from two case organisations show that such an approach contributes towards more robust decisions for EAI adoption and indicates that it is acceptable by the organisations and the interviewees (actors), participated in this research. Despite these results cannot be generalised, they can allow others to relate their views with the ones reported in this dissertation. This dissertation introduces tests and presents a novel approach and model for EAI adoption in healthcare and contributes to the body of knowledge by extending the literature.Funding for this work was obtained from the Brunel University School of Information Systems, Computing and Mathematics

Interactive DICOM image transmission and telediagnosis over the European ATM network

The European High-Performance Information Infrastructure in Medicine, n(o)B3014 (HIM3) project of the Trans-European Network--Integrated Broadband Communications (TEN-IBC) program, started on March 1996 and finished on February 1997, aimed to test the medical usability of the European asynchronous transfer mode (ATM) network in medical image transmission. The Department of Radiology, University of Pisa, Pisa, Italy, and St-Luc University Hospital, Brussels, Belgium, involved in the project as healthcare partners in the radiological domain, established several connection sessions finalized to test the usability of Digital Imaging and Communication (DICOM) image transmission and interactive telediagnosis tools in the daily radiological practice. The Pisa site was connected to the Italian ATM pilot (Sirius Network) through the Tuscany metropolitan area network (MAN), while St-Luc University Hospital was connected to Belgium ATM network through the Brussels MAN. By means of international connections provided by the European JAMES project, a link between the two sites was established, connecting both national ATM networks. Due to the large variety of hardware present in the medical centers, multiplatform software tools were used and tested: central test node (CTN) release 2.8 [3], VAT [6], NV-3.3 [7], and IDI (UCL homemade multiplatform teleradiology tool for interactive visualization and processing of DICOM images). During the telediagnosis session, lead by radiologists in both hospitals, each site submitted neuroradiological clinical cases to the other for remote consultation. The connection, available for a period of two weeks, at 2-Mbit/s bandwidth, allowed the transmission of MR images (256 x 256 x 12 bit) and simultaneous multimedia interactive discussion of the cases. Both off-line transmission and review of the images, using the CTN DICOM transfer routines, and on-line interactive image discussion, using the IDI telediagnosis software, were tested successfully from the technical and medical point of view

Interactive DICOM Image Transmission and Telediagnosis over the European ATM Network

The European High-Performance Information Infrastructure in Medicine, n B3014 (HIM3) project of the Trans-European Network---Integrated Broadband Communications (TEN-IBC) program, started on March 1996 and finished on February 1997, aimed to test the medical usability of the European asynchronous transfer mode (ATM) network in medical image transmission