Interoperability in health care

With the advancement of technology, patient information has been being computerized in order to facilitate the work of healthcare professionals and improve the quality of healthcare delivery. However, there are many heterogeneous information systems that need to communicate, sharing information and making it available when and where it is needed. To respond to this requirement the Agency for Integration, Diffusion, and Archiving of medical information (AIDA) was created, a multi-agent and service-based platform that ensures interoperability among healthcare information systems. In order to improve the performance of the platform, beyond the SWOT analysis performed, a system to prevent failures that may occur in the platform database and also in machines where the agents are executed was created. The system has been implemented in the Centro Hospitalar do Porto (one of the major Portuguese hospitals), and it is now possible to define critical workload periods of AIDA, improving high availability and load balancing. This is explored in this chapter.(undefined

Archetype based intelligent system for healthcare interoperability

Tese doutoramento - Programa Doutoral em Engenharia BiomédicaThe healthcare arena configures an environment of both complexity and cooperation, in which numerous and distinct information systems must exchange information in a expedite and consolidated manner. Where healthcare interoperability is concerned several techniques, methodologies, architectures and standards exist. However subjects such as service distribution, fault tolerance, standards, communication flavoring and tightly-bound systems still are a major issue of concern. This work studies and researches the best methodologies to imbue intelligent behaviours combined with ontology and moral awareness into multi-agents system applied to healthcare environments. Its core objective is to propose, develop, implement and evaluate an archetype for an interoperability platform oriented towards the healthcare environment. This archetype was validated in several implementation in different major healthcare institutions. It is based in an agent framework named JADE and is adapted and oriented towards the healthcare environment. Henceforth the resulting archetype addresses the existing limitations in past and present solutions regarding healthcare interoperability. It explores the limits of intelligent behaviours in multi-agent systems applied to interoperation procedures in healthcare, towards the improvement of the reliability and quality of information exchanged.A área da saúde configura um ambiente de grande complexidade e cooperação onde inúmeros e distintos sistemas de informação têm que trocar informação entre si de uma forma expedita e consolidada. No âmbito da interoperabilidade hospitalar existem várias técnicas, metodologias, arquiteturas e standards. No entanto, temas como distribuição de serviços, tolerância à falha, standards, flavouring de comunicações e sistemas fortemente acoplados, continuam a ser um importante fonte de preocupação. Este trabalho estuda e pesquiza as melhores metodologias de embeber comportamentos inteligentes combinados com ontologias e noções morais em sistemas multi-agentes aplicados a ambientes hospitalares. O seu objectivo principal é propor, desenvolver, implementar e avaliar um arquétipo para uma plataforma de interoperabilidade orientada para o ambiente hospitalar. Este arquétipo foi validado em diferentes implementações em instituições de saúde portuguesas de grande dimensão. Esta plataforma é baseada numa framework de agentes denominada JADE e foi adaptada e orientada para o ambiente hospitalar.. Desta forma o arquétipo resultante é orientado para resolver as limitações existentes nas soluções atuais de interoperabilidade hospitalar. Este explora os limites dos comportamentos inteligentes em sistemas multi-agente quando aplicados em procedimentos de interoperabilidade na área da saúde para melhorar a fiabilidade e qualidade da informação trocada entre estes sistemas

Steps towards interoperability in healthcare environment

Tese doutoramento - Programa Doutoral em Engenharia Biomédica, Informática MédicaHealthcare units have complex Information Systems (IS) made up from heterogeneous data sources, which speak di erent languages and with di erent objectives. Nevertheless, all these sources have indeed important information that can contribute in an active way to provide a healthcare system of excellence. The evolution that has been noticed in Health IS has promoted the development of new methodologies and tools that are intended to solve this complicated problem. In this manner, one of the main paradigms that arises is the interoperability among systems and its capability to allow a general and simpli ed access to relevant information. Another aspect that should be kept in mind, given the constrains of the global economic situation, is the reduction in the investment in national healthcare systems. This thesis is based on a set of studies performed at the Centro Hospitalar do T^amega e Sousa (CHTS) in which the main goals are promoting an improvement in the relation patient-hospital, having in consideration the reduction of implementation costs, but preserving the quality of information. The last one should be accessible everywhere and at anytime to help with clinical decision and, in the future, be available for clinical studies through data computationally interpretable. To do so, an Electronic Semantic Health Record was formalized and implemented, with the help of the clinical sta , which collects all the information considered important and relevant. This Health Record was delivered through a platform for the distribution and archive of clinical information, named Agency for the Integration, Di usion and Archive (AIDA), which is supported by intelligent agents that treat data in an ex-haustive and structured way. To test the proposed model and system and in order to strengthen the relation between the patient and the hospital, an appointment alert system based on SMS and electronic mail was developed, which allowed the reduction of non-programmed misses and that provided a decrease of costs by better re-distributed appointment schedules, and allocate human resources and physical spaces in a more e ective manner. Finally, to reduce stopping periods of systems and to promote the user's con dence on Information Systems, an open-source tool was developed that enables the scheduling of preventive actions according to a mathematical model. These tools allowed for a continuous improvement of systems and are currently well accepted by clinicians and Information Technologies (IT) specialists inside the healthcare unit, proving in real clinical situation the e ectiveness and usability of the model.As unidades de saúde possuem Sistemas de Informação (SI) complexos, compostos por fontes de dados heterogéneas com objectivos distintos. Por em, toda a informação e importante e pode contribuir de forma ativa para a prestação de cuidados de saúde de excelência. Com a evolução dos SI na Saúde novas metodologias têm sido desenvolvidas com o intuito de solucionar este problema complicado. Nesta perspectiva, um dos principais paradigmas que se coloca e a interoperabilidade entre sistemas e a sua capacidade para permitir um acesso simples a informação relevante. Outro factor relevante relaciona-se com os constrangimentos financeiros que toda a economia global atravessa e que se reflete numa diminuição no investimento nos servi cos nacionais de saúde. Esta tese tem como base um conjunto de estudos realizados no Centro Hospitalar do Tâmega e Sousa cujos principais objetivos se prendem com um esforço orientado para a melhoria da relação paciente-hospital, tendo em conta a redução de custos de implementação, mas garantindo sobretudo a qualidade de informação. Esta dever a estar disponível em qualquer lugar e a qualquer altura para o auxílio a decisão clinica e, em última instancia, disponível para estudos cl nicos através de dados interpretáveis computacionalmente. Para tal, recorreu-se a ajuda de pessoal clinico para a implementação de um Processo Clínico Eletrónico Semântico que recolhe toda a informação considerada relevante. Este Processo Clínico foi potenciado através de uma plataforma para a distribuição e arquivo de informação clinica, denominada de Agencia para a Interoperação, Difusão e Arquivo (AIDA), baseada em agentes inteligentes que tratam os dados de forma estruturada. Para testar o modelo e de forma a fortalecer a relação paciente-hospital foi desenvolvido um sistema de alertas para consulta via mensagens escritas e e-mail, que diminuiu o numero de faltas não programadas, proporcionando uma redução de custos através de uma redistribuição dos tempos de consulta alocando recursos humanos e físicos de forma mais eficaz. Por fim, com vista a redução dos tempos de paragem de sistemas, e potenciar a confiança dos utilizadores nos mesmos, foi desenvolvida uma ferramenta baseada em tecnologia open-source que permite o agendamento de intervenções preventivas de acordo com um modelo matemático. Esta ferramenta proporcionou uma melhoria contínua dos sistemas e está globalmente aceite por cl nicos e especialistas de Tecnologias de Informação (TI), provando em situações clínicas reais a usabilidade e eficácia do modelo

Raciocínio baseado na ética médica na decisão em grupo

Tese de doutoramento em Engenharia BiomédicaO processo de tomada de decisões, em qualquer que seja a área envolvente, tem sempre por base regras baseadas no consentimento, que foram previamente trabalhadas por vários conselhos. Quando focamos em processos de decisões éticas, a chave para o sucesso deste processo está assente na partilha de valores (sejam eles morais ou não) e objetivos. A ética aplicada à saúde surge nos anos 70 em resposta aos conflitos morais relacionados com os cuidados aos doentes, com a investigação médica e com as novas tecnologias. Desde então a ética, na relação médico-doente, evoluiu para várias outras áreas como a genética, a medicina reprodutiva, a alocação de recursos, entre outros. Cada vez mais, as evoluções tecnológicas fazem com que a esperança média de vida aumente e, consequentemente, a população envelheça. Este facto faz com que, como consequência do aumento das doenças crónica, da interação da saúde com outras áreas como a educação e o ambiente, na igualdade de acessos a serviços e medicamentos, sejam levantados desafios éticos aos profissionais da saúde que têm como tarefa diária a tomada de decisões. As agravantes disparam ainda mais quando aparece um vírus desconhecido, tal como o SARS-Cov-2, pondo em risco o principio da medicina baseado na evidência, o que torna esta tarefa de tomar decisões ainda mais árdua. Assim sendo, o estudo de modelos para o raciocínio ético tem sido fonte de estudo e de discussão em diferentes comunidades científicas. No entanto nenhum modelo revelou superioridade indiscutível sobre os restantes. O contexto de aplicação da moral leva a preferir uma metodologia em relação a outras. Em áreas tais como a Medicina, onde a qualidade de vida e a própria vida de um paciente estão em jogo, a capacidade de tornar o processo de raciocínio transparente, justificável e dinâmico tem uma importância central. Neste documento, apresentam-se linhas orientadoras do raciocínio ético aplicado à Medicina e defende-se que a programação em Lógica Contínua apresenta grande potencial para o desenvolvimento de sistemas de suporte à decisão confiáveis, com base na moralidade. Apresentam-se ainda casos de estudo relativos à Unidade de Cuidados Intensivos, um serviço crítico onde a complexidade moral das decisões diárias é uma motivação para a análise e o desenvolvimento de metodologias para o suporte à decisão com base na moralidade.The decision-making process in any given area is always based on consent-based rules that have been previously worked out by various councils. When we focus on ethical decision-making processes, the key to success lies in shared values (whether moral or otherwise) and goals. Besides, this process must be based on transparency, trust, and above all, conscience. Health ethics emerged in the 1970s in response to moral conflicts related to patient care, medical research, and new technologies. Since then, ethics, in the doctor-patient relationship, has evolved into several other areas such as genetics, reproductive medicine, resource allocation, among others. Today, in health care institutions, ethics focuses on respect for the person. This overlaps with the overall health of the population, which in turn is more determined by public health policies. Increasingly, technological developments are causing the average life expectancy to increase and, consequently, the population to age. As a consequence of the increase in chronic diseases, the interaction of health with other areas such as education and the environment, and equal access to services and medicines, ethical challenges are raised for health professionals whose daily task is to make decisions. The aggravating factors get even worse when an unknown virus, such as SARS-Cov-2, appears, jeopardizing the principle of evidence-based medicine, which makes this task of making decisions even more arduous. Therefore, the study of models for an ethical reasoning has been a source of study and discussion in different scientific communities. However, no model has revealed indisputable superiority over the others. The context in which morality is applied leads to a preference for one methodology over others. In areas such as medicine, where the quality of life and the very life of a patient are at stake, the ability to make the reasoning process transparent, justifiable, and dynamic is of central importance. In this paper, guidelines for ethical reasoning applied to Medicine are presented and it is argued that Continuous Logic programming has great potential for the development of reliable decision support systems based on morality. As an example, case studies are presented of situations related to an Intensive Care Unit, a critical service where the moral complexity of daily decisions is a motivation for the analysis and development of methodologies for decision support based on morality

Design methodology for ontology-based multi-agent applications (MOMA)

Software agents and multi-agent systems (MAS) have grown into a very active area of research and commercial development activity. There are many current emerging real-world applications spanning multitude of diverse domains. In the context of agents, ontology has been widely recognised for their significant benefits to interoperability, reusability, and both development and operational aspects of agent systems and applications. Ontology-based multi-agent systems (OBMAS) exploit these advantages in providing intelligent and semantically aware applications. In addressing the lack of support for ontology in existing methodologies for multi-agent development, this thesis proposes a design methodology for the building of such intelligent multi-agent applications called MOMA. This alternative approach focuses on the development of ontology as the driving force of the development process. By allowing the domain and characteristics of utilisation and experimentation to be dictated through ontology, researchers and domain experts can specify the agent application without any knowledge of agent design and lower level programming. Through the use of a structured ontology model and the use of integrated tools, this approach contributes towards the building of semantically aware intelligent applications for use by researchers and domain experts. MOMA is evaluated through case studies in two different domains: financial services and e-Health

Qualidade da informação no processo de tomada de decisão em grupo

Tese de Doutoramento Engenharia BiomédicaNo processo de tomada de decisão em grupo, a argumentação tem um papel muito importante. As decisões são tomadas considerando diversos pontos de vista e de perícia dos diferentes participantes, de forma a decidir o caminho que o grupo deve seguir. No entanto, o conhecimento e a crença são normalmente incompletos, contraditórios e sensíveis ao erro, sendo desejável o uso de ferramentas formais para abordar o problema de usar informação incerta e não precisa no raciocínio. Pelo outro lado, os modelos e o raciocínio baseados na qualidade têm sido objecto de estudo atualizado na área científica da Inteligência Artificial, em particular devido a necessidade de oferecer ajuda nos processos de tomada de decisão. Neste doutoramento, o problema, será tratado através do uso de uma linguagem de programação em lógica estendida, em que a qualidade da informação ´e obtida a partir de programas lógicos ou teorias. Será definido um modelo computacional para formalizar o processo de tomada de decisão em grupo em termos de cenários múltiplos, também definidos como programas em lógica ou teorias, em que o cenário mais apropriado ´e aquele em que a qualidade da informação é maior. Por outro lado, o Processo Clínico Eletrónico (PCE) é, sem dúvida alguma, uma mais-valia num ambiente hospitalar, tornando-se indispensável nos hospitais onde está implementado, trazendo benefícios tanto para os profissionais de saúde como para os pacientes. Posto isto, é de extrema importância assegurar que este sistema esteja atualizado, apresente as melhores funcionalidades, de fácil utilização, de modo a auxiliar o trabalho dos profissionais. Foi feita uma avaliação do PCE implementado no Centro Hospitalar do Porto (CHP). Neste contexto, foram desenvolvidas avaliaes de usabilidade ao sistema através de questionários e do método heuristic walkthrough. De modo a avaliar o nível do corrente PCE, recorreu-se igualmente a um modelo de avaliação de registos médicos eletrónicos, o Electronic Medical Record Adoption Model (EMRAM). Além de tornar possível a averiguação do atual estado do PCE implementado no CHP, foi igualmente possível obter uma visão do que ainda se pode progredir. Posteriormente, foi efetivada uma análise SWOT com o intuito de adquirir informação mais precisa nos aspetos a alterar no PCE. Com base neste estudo, o CHP passa a ter conhecimento do estado atual do PCE implementado, das suas fragilidades, bem como das potencialidades que podem vir a ser exploradas.In the decision-making group, the argument has a very important role. Decisions are taken considering various views and expertise of the various participants in order to decide which way the group should follow. However, the knowledge and belief are often incomplete, contradictory and susceptible to error, and it is desirable to use formal tools to address the problem of using uncertain information and do not have the reasoning. On the other hand, the models and the reasoning based on quality have been studied to date in the scientific area of ??Artificial Intelligence, in particular because of the need to o↵er help in decision-making processes. In this work, this problem will be treated through the use of a programming language in extended logic, where quality information is obtained from logic programs or theories, a computer model will be set to formalize the decision-making process group in terms of multiple scenarios, also defined as logic programs or theories, in which the most appropriate scenario is one in which the quality information is higher. On the other hand, the Electronic Health Record (EHR) is undoubtedly an asset in a hospital environment, making it indispensable in hospitals where it is implemented, bringing benefits to both health professionals and patients. This makes it extremely important to ensure that this system is up to date, provide the best features, easy to use, in order to assist the work of professionals. An assessment of the EHR implemented in the Centro Hospital do Porto (CHP) was made. In this context, we developed the system usability evaluations through questionnaires and method heuristic walkthrough. In order to evaluate the level of EHR, also resorted to it a model of evaluation of electronic medical records, the Electronic Medical Record Adoption Model (EMRAM). In addition to making it possible to investigate the current state of EHR implemented in CHP it was also possible to get a view of what still can progress. Subsequently, a SWOT analysis was carried out in order to get more precise information on aspects of the change in the EHR. Based on this study, the EHR is replaced by knowledge of the current state of the EHR implemented, its weaknesses and the potential that may be exploited

Inteligência Ambiente em serviços de saúde baseada em ontologias e na descoberta de conhecimento em bases de dados e/ou bases de conhecimento

Tese de doutoramento em Engenharia BiomédicaAvanços em novas Metodologias para a Resolução de Problemas e o uso de Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) possibilitam uma nova conceção dos processos ao nível dos Serviços de Saúde, baseados no uso e na integração de dados e conhecimentos a todos os níveis, num ambiente relacionado com Instituições de Saúde. De facto, as novas tecnologias de comunicação suportarão a transição de uma aproximação baseada na instituição, para uma abordagem baseada no utente, i.e., o Sistema de Saúde está confrontado com uma série de desafios, nomeadamente os relacionados com a qualidade da informação e o custo de tais processos. Por outro lado, o nível de saúde já atingido em Portugal não permite uma degradação do nível e qualidade de serviços já oferecidos aos cidadãos a quem constitucionalmente é garantido o direto à saúde. Importa encontrar formas de concertar a governação clínica (clinical governance) com a gestão económica dos serviços de saúde, muito particularmente para a desejada sustentabilidade do Serviço Nacional de Saúde. A prestação de cuidados de saúde a custos controlados, dotando o utente de capacidade para participar nesse processo, e a utilização e reutilização de informação, são aspetos importantes para a instituição prestadora de cuidados de saúde. O nosso principal intuito será o de encontrar formas e métodos de superação da atual dispersão de informação nos diversos serviços, departamentos e setores da saúde, muito coincidentes com a situação deficitária, por vezes desagregada, dissociada dos problemas, onde impera a desmotivação e se propiciam assimetrias nos cuidados de saúde sejam hospitalares, ou ao nível dos cuidados primários e outros. Importará garantir a acessibilidade aos cidadãos, particularmente aos doentes, disponibilizando cuidados de saúde oportunos, integradores, que respeitem as reais necessidades de saúde das pessoas e sejam administrados segundo as melhores práticas de gestão clínica e de administração. Para promover tal desiderato importa articular e integrar procedimentos, controlar metas e resultados. Importará maximizar a utilização das TIC’s, exigindo-se para tal soluções de integração e interoperabilidade de processos, criando verdadeiros sistemas de informação integrados, multidisciplinares, que considerem as necessidades e legítimos interesses dos stakeholders da saúde. As infraestruturas das TIC’s deverão, por conseguinte, refletir a visão do sistema de prestação de cuidados de saúde de forma não intrusiva, onde a informação possa fluir de forma transparente entre as instituições e os profissionais de saúde. Assim, o trabalho desenvolvido e apresentado nesta tese abordará aspetos chave que deverão estar relacionados com a utilização da tecnologia e dos sistemas de informação numa visão centrada no utente, na prestação de cuidados de saúde e na gestão e prevenção de doenças. Tratar-se-á de consolidar uma visão global da assistência hospitalar, articulada e integrada com outros setores e saberes, oferecendo aos cidadãos cuidados de saúde garantidamente adequados, sustentados em processos de integração da informação e de automação aceitáveis e oportunos, atendendo às ontologias médicas e melhores práticas profissionais, que transmitam maior proximidade aos utentes, permitindo, no limite, monitorizar e tratar os doentes no seu domicílio.Advances in new Methodologies for Problem Solving and Information Technology enable a fundamental redesign of health care processes based on the use and integration of data and/or knowledge at all levels, in a healthcare environment. Indeed, new communication technologies will support the transition from institution centric to patient-centric based applications, i.e., the health care system is faced with a series of challenges, namely those concerning quality-ofinformation and the cost-effectiveness of such processes. On the other hand, the health level achieved in Portugal does not allow anymore the degradation of the quality of services provided to citizens, to whom, constitutionally, is guaranteed the right to have health care treatments. It is important to gather clinical governance with the economic management of health care services, particularly to achieve the desired sustainability of the National Health Service (Serviço Nacional de Saúde). The distribution of cost-effective health care allowing the patient to take active part in the caring process, provision of evidence based care on all levels in the system and effective use and reuse of information are key issues for the health care organization. Our main aim will be the finding of ways and methods to overpass the actual scattering of information through the services, departments and health sectors, where personal motivation is difficult to attain, and the health care treatments are becoming disparate, at all levels. It should be guaranteed, to the citizens, mainly the sick or the needy, providing timely health care concerning the real needs of people through practices recognized as the best, from the clinical point of view. To promote such goal it is important to integrate procedures and to control results. The use of IT’s should be maximized through the application of interoperability procedures, creating truly integrated information services, considering the needs and interests of the health care stakeholders. The information and communication technology infrastructure should, therefore, reflect the view of the health care system as a seamless system where information can flow across organizational and professional borders. Thus, the work presented in this thesis, it will be address key principles that must be at the center of patient-centered use of technologies for the health care and disease management and prevention. A global vision of hospital assistance will be gathered, integrated with other sectors an know-how, providing citizens with adequate health care services, supported by information integration and automation procedures acceptable and secure, respecting clinical ontologies and the best medical practices, insuring the needed proximity to citizens, allowing, at the limit, to monitor ant to give care to patients at home

Intelligent systems for monitoring and preventing in healthcare information systems

Nowadays the interoperability in Healthcare Information Systems (HIS) is a fundamental requirement. The Agency for Integration, Diffusion and Archive of Medical Information (AIDA) is an interoperability healthcare platform that ensures these demands and it is implemented in Centro Hospitalar do Porto (CHP), a major healthcare unit in Portugal. Therefore, the overall performance of CHP HIS depends on the success of AIDA functioning. This paper presents monitoring and prevention systems implemented in the CHP, which aim to improve the system integrity and high availability. These systems allow the monitoring and the detection of situations conducive to failure in the AIDA main components: database, machines and intelligent agents. Through the monitoring systems, it was found that the database most critical period is between 11:00 and 12:00 and the resources are well balanced. The prevention systems detected abnormal situations that were reported to the administrators that took preventive actions, avoiding damage to AIDA workflow

Inter-organization cooperation for ambient assisted living

In the last years we have witnessed to a substantial increase on the number of people in need of care services, espe-cially among the elderly, a phenomenon related to population ageing. However, this is becoming not exclusive of the elderly, as diseases like obesity, diabetes, and blood pressure have been increasing amongst young adults. This is a new reality which needs to be dealt by the healthcare sector, specifically the public one. Given these new scenarios, the importance of finding new and cost-effective ways for health care delivery are of particular relevance, especially when it is believed that these new patients should not be removed from their natural, day-to-day life, environment. The evolution of the, so called, new technolo-gies may pay here a very important role as they may become part of the solution for this new problematic. Actually, they are already been used as, in recent years, several projects have raised in this relatively new area of work. These projects, although legitimate ones, were essential for delineating a path to pursue for others to come, as they were in some case, very simple ones (e.g. panic buttons), and, especially, reactive ones. In this paper, we are going to present how we are trying to evolve these projects a step further, through the introduction of proactiveness as a key factor, taking advantage of “new”, as in applied to this areas, techniques of decision making, idea generation, argumentation and data quality, applied, not only to the in transit information, but also to the one provided by the several intervenient as well as themselves. In order to be able to pursue this delineated path, a new approach for knowledge representation, reasoning, and even for problem solving is proposed. To achieve these goals, the VirtualECare environment is presented, together with its sustaining infrastructure and architecture. Particular attention will be paidto how it may be used to simulate a virtual Assisted Living Environment in order to, later, bet-ter monitor real ones, attending to its customers’ needs