التنبؤ بمرض السكري وأنواعه باستخدام تنقيب البيانات

The research problem lies in predicting diabetes and using data mining to predict type 1 and type 2 diabetes. Data mining and analysis has become a widespread study in recent times and it can be applied to various fields where this method extracts unspecified data elements. The researcher is studying the possibility of using data mining to predict diabetes of the first and second types, and determining the appropriate method for predicting diabetes using the descriptive and analytical approach by mining the data. There are models used in the prediction process in general. We will choose from them the decision tree and the linear regression and make a comparison between them. In accuracy, precision, Recall and F measure using Rapid Miner. The researcher used the data (Pima Indians diabetics) that contain 769 records and 9 characteristics. When executing the linear regression algorithm inside the Rapidminer، we get a (accuracy = 76.09%)، (precision = 79.14%)، (Recall = 86.00%) and (F measure = 82.43%) and upon implementing the decision tree we got (accuracy = 70.87%)، (precision = 71.28%)، ( Recall = 92.67%) and (F measure = 80.58%). By comparing the results we obtained، we find that linear regression is better than the decision tree in predicting the type of diabetes. Keywords: data mining، rapidminer، decision tree، linear regressio

Knowledge-based incremental induction of clinical algorithms

The current approaches for the induction of medical procedural knowledge suffer from several drawbacks: the structures produced may not be explicit medical structures, they are only based on statistical measures that do not necessarily respect medical criteria which can be essential to guarantee medical correct structures, or they are not prepared to deal with the incremental arrival of new data. In this thesis we propose a methodology to automatically induce medically correct clinical algorithms (CAs) from hospital databases. These CAs are represented according to the SDA knowledge model. The methodology considers relevant background knowledge and it is able to work in an incremental way. The methodology has been tested in the domains of hypertension, diabetes mellitus and the comborbidity of both diseases. As a result, we propose a repository of background knowledge for these pathologies and provide the SDA diagrams obtained. Later analyses show that the results are medically correct and comprehensible when validated with health care professionals

Processing of Electronic Health Records using Deep Learning: A review

Availability of large amount of clinical data is opening up new research avenues in a number of fields. An exciting field in this respect is healthcare, where secondary use of healthcare data is beginning to revolutionize healthcare. Except for availability of Big Data, both medical data from healthcare institutions (such as EMR data) and data generated from health and wellbeing devices (such as personal trackers), a significant contribution to this trend is also being made by recent advances on machine learning, specifically deep learning algorithms

Mining Health Care Sequences using Weighted Associative Classifier

This paper proposes the general framework for mining sequences from health care database. The database is a relational model consisting of set of temporal records of individual patient consisting of basic information of the patient ie Patient_ID, age, gender etc. the second part is a series of sequences representing the set of treatment given to the patient during regular visit to the doctor and the third part is class label. Similarity search of sequences is performed to convert the database of sequences, to the database of items, so that apriori algorithm can be applied. Weighted association rule mining has been performed to find the frequent sequence of treatment provided to the patient. Classification association rules (CAR) having positive class label as consequent, represents the frequent sequence of treatment given to the patient for successful treatment. With the experimental results, author feels confident in declaring that the framework is feasible in the medical domain

Dynamic Models Supporting Personalised Chronic Disease Management through Healthcare Sensors with Interactive Process Mining

[EN] Rich streams of continuous data are available through Smart Sensors representing a unique opportunity to develop and analyse risk models in healthcare and extract knowledge from data. There is a niche for developing new algorithms, and visualisation and decision support tools to assist health professionals in chronic disease management incorporating data generated through smart sensors in a more precise and personalised manner. However, current understanding of risk models relies on static snapshots of health variables or measures, rather than ongoing and dynamic feedback loops of behaviour, considering changes and different states of patients and diseases. The rationale of this work is to introduce a new method for discovering dynamic risk models for chronic diseases, based on patients¿ dynamic behaviour provided by health sensors, using Process Mining techniques. Results show the viability of this method, three dynamic models have been discovered for the chronic diseases hypertension, obesity, and diabetes, based on the dynamic behaviour of metabolic risk factors associated. This information would support health professionals to translate a one-fits-all current approach to treatments and care, to a personalised medicine strategy, that fits treatments built on patients¿ unique behaviour thanks to dynamic risk modelling taking advantage of the amount data generated by smart sensors.This research was partially funded by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programme under Grant Agreement no. 727560.Valero Ramon, Z.; Fernández Llatas, C.; Valdivieso, B.; Traver Salcedo, V. (2020). Dynamic Models Supporting Personalised Chronic Disease Management through Healthcare Sensors with Interactive Process Mining. Sensors. 20(18):1-25. https://doi.org/10.3390/s20185330S1252018Chen, M., Mao, S., & Liu, Y. (2014). Big Data: A Survey. Mobile Networks and Applications, 19(2), 171-209. doi:10.1007/s11036-013-0489-0Brennan, P., Perola, M., van Ommen, G.-J., & Riboli, E. (2017). Chronic disease research in Europe and the need for integrated population cohorts. European Journal of Epidemiology, 32(9), 741-749. doi:10.1007/s10654-017-0315-2Raghupathi, W., & Raghupathi, V. (2018). An Empirical Study of Chronic Diseases in the United States: A Visual Analytics Approach to Public Health. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15(3), 431. doi:10.3390/ijerph15030431Forouzanfar, M. H., Afshin, A., Alexander, L. T., Anderson, H. R., Bhutta, Z. A., Biryukov, S., … Charlson, F. J. (2016). Global, regional, and national comparative risk assessment of 79 behavioural, environmental and occupational, and metabolic risks or clusters of risks, 1990–2015: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2015. The Lancet, 388(10053), 1659-1724. doi:10.1016/s0140-6736(16)31679-8Gómez, J., Oviedo, B., & Zhuma, E. (2016). Patient Monitoring System Based on Internet of Things. Procedia Computer Science, 83, 90-97. doi:10.1016/j.procs.2016.04.103Harvey, A., Brand, A., Holgate, S. T., Kristiansen, L. V., Lehrach, H., Palotie, A., & Prainsack, B. (2012). The future of technologies for personalised medicine. New Biotechnology, 29(6), 625-633. doi:10.1016/j.nbt.2012.03.009Larry Jameson, J., & Longo, D. L. (2015). Precision Medicine—Personalized, Problematic, and Promising. Obstetrical & Gynecological Survey, 70(10), 612-614. doi:10.1097/01.ogx.0000472121.21647.38Collins, F. S., & Varmus, H. (2015). A New Initiative on Precision Medicine. New England Journal of Medicine, 372(9), 793-795. doi:10.1056/nejmp1500523Glasgow, R. E., Kwan, B. M., & Matlock, D. D. (2018). Realizing the full potential of precision health: The need to include patient-reported health behavior, mental health, social determinants, and patient preferences data. Journal of Clinical and Translational Science, 2(3), 183-185. doi:10.1017/cts.2018.31Whittemore, A. S. (2010). Evaluating health risk models. Statistics in Medicine, 29(23), 2438-2452. doi:10.1002/sim.3991Reynolds, B. C., Roem, J. L., Ng, D. K. S., Matsuda-Abedini, M., Flynn, J. T., Furth, S. L., … Parekh, R. S. (2020). Association of Time-Varying Blood Pressure With Chronic Kidney Disease Progression in Children. JAMA Network Open, 3(2), e1921213. doi:10.1001/jamanetworkopen.2019.21213Campbell, H., Hotchkiss, R., Bradshaw, N., & Porteous, M. (1998). Integrated care pathways. BMJ, 316(7125), 133-137. doi:10.1136/bmj.316.7125.133Schienkiewitz, A., Mensink, G. B. M., & Scheidt-Nave, C. (2012). Comorbidity of overweight and obesity in a nationally representative sample of German adults aged 18-79 years. BMC Public Health, 12(1). doi:10.1186/1471-2458-12-658Must, A. (1999). The Disease Burden Associated With Overweight and Obesity. JAMA, 282(16), 1523. doi:10.1001/jama.282.16.1523Audureau, E., Pouchot, J., & Coste, J. (2016). Gender-Related Differential Effects of Obesity on Health-Related Quality of Life via Obesity-Related Comorbidities. Circulation: Cardiovascular Quality and Outcomes, 9(3), 246-256. doi:10.1161/circoutcomes.115.002127Everhart, J. E., Pettitt, D. J., Bennett, P. H., & Knowler, W. C. (1992). Duration of Obesity Increases the Incidence of NIDDM. Diabetes, 41(2), 235-240. doi:10.2337/diab.41.2.235Wannamethee, S. G. (2005). Overweight and obesity and weight change in middle aged men: impact on cardiovascular disease and diabetes. Journal of Epidemiology & Community Health, 59(2), 134-139. doi:10.1136/jech.2003.015651Ziegelstein, R. C. (2018). Perspectives in Primary Care: Knowing the Patient as a Person in the Precision Medicine Era. The Annals of Family Medicine, 16(1), 4-5. doi:10.1370/afm.2169Tricoli, A., Nasiri, N., & De, S. (2017). Wearable and Miniaturized Sensor Technologies for Personalized and Preventive Medicine. Advanced Functional Materials, 27(15), 1605271. doi:10.1002/adfm.201605271Saponara, S., Donati, M., Fanucci, L., & Celli, A. (2016). An Embedded Sensing and Communication Platform, and a Healthcare Model for Remote Monitoring of Chronic Diseases. Electronics, 5(4), 47. doi:10.3390/electronics5030047Alvarez, C., Rojas, E., Arias, M., Munoz-Gama, J., Sepúlveda, M., Herskovic, V., & Capurro, D. (2018). Discovering role interaction models in the Emergency Room using Process Mining. Journal of Biomedical Informatics, 78, 60-77. doi:10.1016/j.jbi.2017.12.015Fernández-Llatas, C., Benedi, J.-M., García-Gómez, J., & Traver, V. (2013). Process Mining for Individualized Behavior Modeling Using Wireless Tracking in Nursing Homes. Sensors, 13(11), 15434-15451. doi:10.3390/s131115434Shahar, Y. (1997). A framework for knowledge-based temporal abstraction. Artificial Intelligence, 90(1-2), 79-133. doi:10.1016/s0004-3702(96)00025-2Orphanou, K., Stassopoulou, A., & Keravnou, E. (2016). DBN-Extended: A Dynamic Bayesian Network Model Extended With Temporal Abstractions for Coronary Heart Disease Prognosis. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 20(3), 944-952. doi:10.1109/jbhi.2015.2420534Spruijt-Metz, D., Hekler, E., Saranummi, N., Intille, S., Korhonen, I., Nilsen, W., … Pavel, M. (2015). Building new computational models to support health behavior change and maintenance: new opportunities in behavioral research. Translational Behavioral Medicine, 5(3), 335-346. doi:10.1007/s13142-015-0324-1Rojas, E., Munoz-Gama, J., Sepúlveda, M., & Capurro, D. (2016). Process mining in healthcare: A literature review. Journal of Biomedical Informatics, 61, 224-236. doi:10.1016/j.jbi.2016.04.007Yoo, S., Cho, M., Kim, E., Kim, S., Sim, Y., Yoo, D., … Song, M. (2016). Assessment of hospital processes using a process mining technique: Outpatient process analysis at a tertiary hospital. International Journal of Medical Informatics, 88, 34-43. doi:10.1016/j.ijmedinf.2015.12.018Ibanez-Sanchez, G., Fernandez-Llatas, C., Martinez-Millana, A., Celda, A., Mandingorra, J., Aparici-Tortajada, L., … Traver, V. (2019). Toward Value-Based Healthcare through Interactive Process Mining in Emergency Rooms: The Stroke Case. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(10), 1783. doi:10.3390/ijerph16101783Chambers, D. A., Feero, W. G., & Khoury, M. J. (2016). Convergence of Implementation Science, Precision Medicine, and the Learning Health Care System. JAMA, 315(18), 1941. doi:10.1001/jama.2016.3867Cameranesi, M., Diamantini, C., Mircoli, A., Potena, D., & Storti, E. (2020). Extraction of User Daily Behavior From Home Sensors Through Process Discovery. IEEE Internet of Things Journal, 7(9), 8440-8450. doi:10.1109/jiot.2020.2990537Fernández-Llatas, C., Meneu, T., Traver, V., & Benedi, J.-M. (2013). Applying Evidence-Based Medicine in Telehealth: An Interactive Pattern Recognition Approximation. International Journal of Environmental Research and Public Health, 10(11), 5671-5682. doi:10.3390/ijerph10115671Conca, T., Saint-Pierre, C., Herskovic, V., Sepúlveda, M., Capurro, D., Prieto, F., & Fernandez-Llatas, C. (2018). Multidisciplinary Collaboration in the Treatment of Patients With Type 2 Diabetes in Primary Care: Analysis Using Process Mining. Journal of Medical Internet Research, 20(4), e127. doi:10.2196/jmir.8884Makaroff, L. E. (2017). The need for international consensus on prediabetes. The Lancet Diabetes & Endocrinology, 5(1), 5-7. doi:10.1016/s2213-8587(16)30328-xShiue, I., McMeekin, P., & Price, C. (2017). Retrospective observational study of emergency admission, readmission and the ‘weekend effect’. BMJ Open, 7(3), e012493. doi:10.1136/bmjopen-2016-01249

Digital Innovation in Healthcare: A Device with A Method for Monitoring, Managing and Preventing the Risk of Chronic Polypathological Patients

New digital technologies can have a huge impact on the traditional healthcare sector, both from a clinical and economic perspective. Doctors and health specialists will increasingly need technology to improve the services they provide to their patients. Here a novel patented device for automatic processing of clinical data of chronic poly-pathological patients is presented. The invention consists of a reconfigurable equipment that allows the assessment of clinical risk severity indexes that can be customized for polypathological patients and which acts both as a decision support system for specialist doctors in the diagnosis and treatment phases, and as a monitoring system in the clinical environment

ASSESSMENT OF RISK SCORES FOR THE PREDICTION AND DETECTION OF TYPE 2 DIABETES MELLITUS IN CLINICAL SETTINGS

Health and sociological indicators confirm that life expectancy is increasing, and so, the years that patients have to live with chronic diseases and co-morbidities. Type 2 Diabetes is one of the most common chronic diseases, specially linked to overweight and ages over sixty. As a metabolic disease, Type 2 Diabetes affects multiple organs by causing damage in blood vessels and nervous system at micro and macro scale. Mortality of subjects with diabetes is three times higher than the mortality for subjects with other chronic diseases. On the one hand, the management of diabetes is focused on the maintenance of the blood glucose levels under a threshold by the prescription of anti-diabetic drugs and a combination of healthy food habits and moderate physical activity. Recent studies have demonstrated the effectiveness of new strategies to delay and even prevent the onset of Type 2 Diabetes by a combination of active and healthy lifestyle on cohorts of mid to high risk subjects. On the other hand, prospective research has been driven on large groups of population to build risk scores which aim to obtain a rule for the classification of patients according to the odds for developing the disease. Currently there are more than two hundred models and risk scores for doing this, but a few have been properly evaluated in external groups and, to date, none of them has been tested on a population based study. The research study presented in this doctoral thesis strives to use externally validated risk scores for the prediction and detection of Type 2 Diabetes on a population data base in Hospital La Fe (Valencia, Spain). The study hypothesis is that the integration of existing prediction and detection risk scores on Electronic Health Records increases the early-detection of high risk cases. To evaluate this hypothesis three studies on the clinical, user and technology dimensions have been driven to evaluate the extent to which the models and the hospital is ready to exploit such models to identify high risk groups and drive efficient preventive strategies. The findings presented in this thesis suggest that Electronic Health Records are not prepared to massively feed risk models. Some of the evaluated models have shown a good classification performance, which accompanied to the well-acceptance of web-based tools and the acceptable technical performance of the information and communication technology system, suggests that after some work these models can effectively drive a new paradigm of active screening for Type 2 Diabetes.Los indicadores de salud y sociológicos confirman que la esperanza de vida está aumentando, y por lo tanto, los años que los pacientes tienen que vivir con enfermedades crónicas y comorbilidades. Diabetes tipo 2 es una de las enfermedades crónicas más comunes, especialmente relacionadas con el sobrepeso y edades superiores a los sesenta años. Como enfermedad metabólica, la diabetes tipo 2 afecta a múltiples órganos causando daño en los vasos sanguíneos y el sistema nervioso a escala micro y macro. La mortalidad de sujetos con diabetes es tres veces mayor que la mortalidad de sujetos con otras enfermedades crónicas. Por un lado, la estrategia de manejo se centra en el mantenimiento de los niveles de glucosa en sangre bajo un umbral mediante la prescripción de fármacos antidiabéticos y una combinación de hábitos alimentarios saludables y actividad física moderada. Estudios recientes han demostrado la eficacia de nuevas estrategias para retrasar e incluso prevenir la aparición de la diabetes tipo 2 mediante una combinación de estilo de vida activo y saludable en cohortes de sujetos de riesgo medio a alto. Por otro lado, la investigación prospectiva se ha dirigido a grupos de la población para construir modelos de riesgo que pretenden obtener una regla para la clasificación de las personas según las probabilidades de desarrollar la enfermedad. Actualmente hay más de doscientos modelos de riesgo para hacer esta identificación, no obstante la inmensa mayoría no han sido debidamente evaluados en grupos externos y, hasta la fecha, ninguno de ellos ha sido probado en un estudio poblacional. El estudio de investigación presentado en esta tesis doctoral pretende utilizar modelos riesgo validados externamente para la predicción y detección de la Diabetes Tipo 2 en una base de datos poblacional del Hospital La Fe de Valencia (España). La hipótesis del estudio es que la integración de los modelos de riesgo de predicción y detección existentes la práctica clínica aumenta la detección temprana de casos de alto riesgo. Para evaluar esta hipótesis, se han realizado tres estudios sobre las dimensiones clínicas, del usuario y de la tecnología para evaluar hasta qué punto los modelos y el hospital están dispuestos a explotar dichos modelos para identificar grupos de alto riesgo y conducir estrategias preventivas eficaces. Los hallazgos presentados en esta tesis sugieren que los registros de salud electrónicos no están preparados para alimentar masivamente modelos de riesgo. Algunos de los modelos evaluados han demostrado un buen desempeño de clasificación, lo que acompañó a la buena aceptación de herramientas basadas en la web y el desempeño técnico aceptable del sistema de tecnología de información y comunicación, sugiere que después de algún trabajo estos modelos pueden conducir un nuevo paradigma de la detección activa de la Diabetes Tipo 2.Els indicadors sociològics i de salut confirmen un augment en l'esperança de vida, i per tant, dels anys que les persones han de viure amb malalties cròniques i comorbiditats. la diabetis de tipus 2 és una de les malalties cròniques més comunes, especialment relacionades amb l'excés de pes i edats superiors als seixanta anys. Com a malaltia metabòlica, la diabetis de tipus 2 afecta múltiples òrgans causant dany als vasos sanguinis i el sistema nerviós a escala micro i macro. La mortalitat de subjectes amb diabetis és tres vegades superior a la mortalitat de subjectes amb altres malalties cròniques. D'una banda, l'estratègia de maneig se centra en el manteniment dels nivells de glucosa en sang sota un llindar mitjançant la prescripció de fàrmacs antidiabètics i una combinació d'hàbits alimentaris saludables i activitat física moderada. Estudis recents han demostrat l'eficàcia de noves estratègies per a retardar i fins i tot prevenir l'aparició de la diabetis de tipus 2 mitjançant una combinació d'estil de vida actiu i saludable en cohorts de subjectes de risc mitjà a alt. D'altra banda, la investigació prospectiva s'ha dirigit a grups específics de la població per construir models de risc que pretenen obtenir una regla per a la classificació de les persones segons les probabilitats de desenvolupar la malaltia. Actualment hi ha més de dos-cents models de risc per fer aquesta identificació, però la immensa majoria no han estat degudament avaluats en grups externs i, fins ara, cap d'ells ha estat provat en un estudi poblacional. L'estudi d'investigació presentat en aquesta tesi doctoral utilitza models de risc validats externament per a la predicció i detecció de diabetis de tipus 2 en una base de dades poblacional de l'Hospital La Fe de València (Espanya). La hipòtesi de l'estudi és que la integració dels models de risc de predicció i detecció existents la pràctica clínica augmenta la detecció de casos d'alt risc. Per avaluar aquesta hipòtesi, s'han realitzat tres estudis sobre les dimensions clíniques, de l'usuari i de la tecnologia per avaluar fins a quin punt els models i l'hospital estan disposats a explotar aquests models per identificar grups d'alt risc i conduir estratègies preventives. Les troballes presentades sugereixen que els registres de salut electrònics no estan preparats per alimentar massivament models de risc. Alguns dels models avaluats han demostrat una bona classificació, el que va acompanyar a la bona acceptació d'eines basades en el web i el rendiment tècnic acceptable del sistema de tecnologia d'informació i comunicacions implementat. La conclusió es que encara es necesari treball per que aquests models poden conduir un nou paradigma de la detecció activa de la diabetis de tipus 2.Martínez Millana, A. (2017). ASSESSMENT OF RISK SCORES FOR THE PREDICTION AND DETECTION OF TYPE 2 DIABETES MELLITUS IN CLINICAL SETTINGS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86209TESI

A Systems Medicine approach to multimorbidity. Towards personalised care for patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease

[eng] BACKGROUND: Multimorbidity (i.e. the presence of more than one chronic disease in the same patient) and comorbidity (i.e. the presence of more than one chronic disease in the presence of an index disease) are main sources of dysfunction in chronic patients and avoidable costs in conventional health systems worldwide. By affecting a majority of elderly population worldwide, multimorbidity prompts the need for revisiting the single disease approach followed by contemporary clinical practice and elaborate strategies that target shared mechanisms of associated diseases with the potential of preventing, decelerating or even halting multimorbid disease progression. However, our current understanding on disease interactions is rather limited, and although many disorders have been associated based on their shared molecular traits and their observed co-occurrence in different populations, no comprehensive approach has been outlined to translate this knowledge into clinical practice. The advent of novel measurement technologies (e.g. omics) and recent initiatives on digital health (e.g. registries, electronic health records) are facilitating access to an enormous amount of patient-related information from whole populations to molecular levels. State-of-the art computational models and machine learning tools demonstrate high potential for health prediction and together with systems biology are shaping the practicalities of systems medicine. Given the extremely long and expensive bench to clinics cycles of the biomedical sector, systems medicine promises a fast track approach where scientific evidence support clinical care, while simultaneously collected insights from daily clinical practice promote new scientific discoveries and optimize healthcare. The PhD thesis aims to explore multimorbidity from a systems medicine perspective on the concrete and practical use case of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). COPD constitutes an ideal use case due to several factors, including: i) its high impact on healthcare and its ever-increasing burden; ii) its heterogeneous disease manifestations, and progress, often involving extra-pulmonary effects, including highly prevalent comorbidities (e.g. type 2 diabetes mellitus, cardiovascular disorders, anxiety-depression and lung cancer); and, iii) its well described systemic effects that are suggested associations with comorbidities in terms of underlying mechanisms. HYPOTHESIS: The central hypothesis of the PhD thesis builds on the emerging biological evidence that clustering of comorbid conditions, a phenomenon seen in complex chronic patients, could be due to shared abnormalities in relevant biological pathways (i.e. bioenergetics, inflammation and tissue remodelling). It is assumed that a systems understanding of the patient conditions may help to uncover the molecular mechanisms and lead to the design of preventive and targeted therapeutic strategies aiming at modulating patient prognosis. The PhD thesis focuses on non-pulmonary phenomena of COPD; that is, systemic effects and comorbidities, often observed in patients with COPD as a paradigm of complex chronic disease. OBJECTIVES: The general objective of the PhD thesis is threefold: i) to investigate molecular disturbances at body systems level that may lead to a better understanding of characteristic systemic effects and comorbidities of patients with COPD; ii) to analyse population level patterns of COPD comorbidities and investigate their role in the health risk of patients with COPD; and, iii) to explore technological strategies and tools that facilitate the transfer of the collected knowledge on comorbidity into clinical practice. MAIN FINDINGS: Firstly, the PhD thesis introduced a novel knowledge management tool for targeted molecular analysis of underlying disease mechanisms of skeletal muscle dysfunction in patients with COPD. Second, a network analysis approach was outlined to further study this systemic effect, as well as the causes of abnormal adaptation of COPD muscle to exercise training. Furthermore, this work together with three other studies also aimed to reveal the general underlying causes of comorbidity clustering in COPD, using different modelling approaches. Overarching outcome of these studies indicates abnormalities in the complex co-regulation of core biological pathways (i.e. bioenergetics, inflammation, oxidative stress and tissue remodelling) both on muscle and body systems level (blood, lung), which paves the way for the development of novel pharmacological and non-pharmacological preventive interventions on non- pulmonary phenomena in patients with COPD. Furthermore, results indicated strong relation of muscle related dysregulations to aerobic capacity, in opposed to pulmonary severity of COPD. These findings have far reaching potential in COPD care, starting from defining the need for better characterization of exercise performance in the clinic practice and the promotion of physical activity from early stages of the disease. This PhD thesis also generated outcomes with respect to the risk of multimorbidity in patients with COPD using a population health approach. The thesis validated that patients with COPD are in increased risk to co-occur with other diseases compared to non-COPD patients, regardless of the population and healthcare system specificities of different regions (i.e. Catalonia, US). These findings indicated the potential role of multimorbidity as a risk factor for COPD, that was evaluated in the PhD thesis by constructing health risk assessment models to predict unexpected medical events in patients with COPD. The promising performance of the models and the prominent role of multimorbidity in these models presented a powerful argument for its role in clinical staging of the disease and their potential in clinical decision support. CONCLUSIONS: The PhD thesis achieved main points of the general objectives, namely: i) to perform a systems analysis of patients with COPD by investigating molecular disturbances at body systems level leading to a better understanding of characteristic systemic effects and comorbidities of patient with COPD; ii) to analyse population level patterns of COPD comorbidities and investigate their role in the health risk of patients with COPD; and iii) to explore technological strategies and tools that facilitate the transfer of the collected knowledge on comorbidity into clinical practice. Accordingly, the following conclusions arise: 1. Non-pulmonary manifestations in patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) have a major negative impact on: highly relevant clinical events, use of healthcare resources and prognosis. Accordingly, the following indications were made: a. Actionable insights on non-pulmonary phenomena should be included in the clinical staging of these patients in an operational manner. b. Management of patients with COPD should be revisited to incorporate an integrative approach to non-pulmonary phenomena. c. Innovative cost-effective interventions, and pharmacological and non- pharmacological treatments targeting prevention of non-pulmonary manifestations in patients with COPD should be developed, and properly assessed. 2. Abnormal co-regulation of core biological pathways (i.e. bioenergetics, inflammation, tissue remodelling and oxidative stress), both in skeletal muscle and at body systems level, are common characteristics of patients with COPD, which potentially play a major role in comorbidity clustering. 3. Consistent relationships between cardiovascular health, skeletal muscle dysfunction and clinical outcomes in patients with COPD was identified, which makes it a priority to characterize patient exercise performance and physical activity in the clinic, and to adopt early cardiopulmonary rehabilitation strategies to modulate prognosis and prevent comorbidity clustering in these patients. 4. Multimorbidity is a strong predictor of unplanned medical events in patients with COPD and shows high potential to be used for personalized health risk prediction and service workflow selection. 5. Personalized health risk prediction was identified as a high potential tool for the integration and transfer of scientific evidence on multimorbidity to daily clinical practice. Limiting factors of its present applicability were explored and implementation strategies based on cloud computing solutions were proposed.[cat] INTRODUCCIÓ: Tant la multimorbiditat (la presència de més d'una malaltia crònica en el mateix pacient), com la comorbiditat (la presència de més d'una malaltia crònica quan hi ha una malaltia de referència) són una font important de disfuncions en l’atenció sanitària dels pacients crònics i generen importants despeses evitables en sistemes de salut arreu del món. La multimorbiditat/comorbiditat afecta la majoria de població de més de 65 anys. El seu gran impacte sanitari i social fa necessària la revisió d’aspectes essencials de la pràctica mèdica convencional, molt enfocada al tractament de cada malaltia de forma aïllada. En aquest sentit, cal elaborar estratègies que considerin els mecanismes biològics comuns entre patologies, per tal de prevenir, retardar o fins i tot aturar la progressió del fenomen. Malauradament, el poc coneixement dels mecanismes biològics que modulen les interaccions entre malalties és un factor limitant important. Hi ha estudis sobre els mecanismes moleculars comuns entre malalties i s’han realitzat anàlisis poblacionals de la multimorbiditat, però no existeix encara una aproximació holística per tal de traduir aquest coneixement a la pràctica clínica. L’aparició de noves tecnologies òmiques, així com iniciatives recents en l’àmbit de la salut digital, han facilitat l'accés a una quantitat enorme d'informació dels pacients, tant a nivell poblacional com a nivell molecular. A més, les eines computacionals i d'aprenentatge automàtic existents estan demostrant un gran potencial predictiu que, conjuntament amb les metodologies de la biologia de sistemes, estan conformant els aspectes pràctics del desplegament de la medicina de sistemes. De forma progressiva, aquesta última esdevé una via efectiva per accelerar el rol de l’evidència científica com a suport a la atenció clínica. De forma recíproca, la digitalització sistemàtica de la pràctica clínica diària, permet la generació de noves descobertes científiques i la optimització de l’assistència sanitària. Aquesta tesis doctoral pretén explorar la multimorbiditat des d’una perspectiva de medicina de sistemes, considerant com a cas d'ús concret i pràctic la malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC). La MPOC constitueix un cas d'ús ideal a causa de diversos factors: i) el seu alt impacte a nivell sanitari; ii) la heterogeneïtat en quant a manifestacions i progrés, sovint amb efectes extra-pulmonars, incloent de forma freqüent comorbiditats com la diabetis mellitus tipus 2, trastorns cardiovasculars, l'ansietat-depressió i el càncer de pulmó; i, iii) els efectes sistèmics de la malaltia pulmonar, que podrien presentar mecanismes biològics comuns a algunes comorbiditats. HIPÒTESIS: La hipòtesi central d’aquesta tesis doctoral considera que la multimorbiditat podria explicar-se per alteracions en les xarxes de regulació de mecanismes biològics rellevants com la bioenergètica, inflamació i remodelació de teixits. En aquest sentit, l’anàlisi holística del problema podria millorar la comprensió dels mecanismes moleculars que modulen les associacions entre malalties i, per tant, facilitar el disseny d'estratègies terapèutiques preventives i dirigides a modular el pronòstic dels pacients. Aquesta tesis doctoral estudia els fenòmens extra-pulmonars de la MPOC; és a dir, efectes sistèmics (disfunció del múscul esquelètic) i comorbiditats, com a paradigma de malalties cròniques complexes. OBJECTIUS: L'objectiu general d’aquesta tesis doctoral és triple: i) l’anàlisi holístic de pacients amb MPOC amb focus en la disfunció muscular i les comorbiditats; ii) avaluar el paper de les comorbiditats en el risc de salut dels pacients amb MPOC, tant a nivell poblacional com individual; i, iii) explorar estratègies tecnològiques i eines de salut digital que facilitin la transferència de coneixement a la pràctica clínica diària. RESULTATS: El primer manuscrit de la tesi descriu una nova eina de gestió del coneixement per l’anàlisi molecular dels mecanismes de disfunció del múscul esquelètic en pacients amb MPOC. També dins el primer objectiu de la tesi, s’efectua un anàlisi de xarxes orientat a la identificació de mòduls biològics explicatius de la disfunció muscular i de l’adaptació anòmala d’aquests malalts a l’entrenament físic, tal com es descriu en el segon manuscrit. Els tres articles següents exploren, des de diferents perspectives, l’impacte i mecanismes de les comorbiditats en els pacients amb MPOC. Els principals resultats d'aquests estudis indiquen una complexa i anormal regulació de vies biològiques principals, com es el cas de la bioenergètica, inflamació, estrès oxidatiu i remodelació de teixits, tant a nivell del múscul com a nivell sistèmic (sang, pulmó). Aquests resultats obren noves vies per a intervencions preventives, tant farmacològiques com no farmacològiques, sobre els fenòmens no pulmonars que presenten els pacients amb MPOC. Els resultats indiquen una associació de les alteracions musculars amb la capacitat aeròbica, i no pas amb la gravetat de la malaltia pulmonar. Aquestes troballes tenen un gran potencial en la millora de la gestió dels pacients amb MPOC, començant per la necessitat d’una millor caracterització de la capacitat aeròbica en la pràctica clínica i la promoció d'activitat física des de les primeres etapes de la malaltia. La tesi també ha generat resultats d’interès en relació amb el risc de multimorbiditat en pacients amb MPOC, mitjançant un enfocament de salut poblacional. Els resultats evidencien que els pacients amb MPOC presenten un risc mes elevat de comorbiditat que els pacients sense MPOC, independentment de les especificitats de la població i del sistema sanitari de les àrees analitzades (Catalunya, EUA). La tesi també demostra el paper de la multimorbiditat com a factor modulador del risc clínic dels pacients amb MPOC. Aquests resultats indiquen l’interès de l’ús de la multimobiditat en l’estadiatge dels pacients amb MPOC i en l’elaboració d’eines de suport al procés de decisió clínica. CONCLUSIONS: Aquesta tesi doctoral ha assolit els objectius generals plantejats i proposa les següents conclusions: 1. Les manifestacions no pulmonars en els pacients amb malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC) tenen un impacte negatiu respecte a esdeveniments de gran rellevància clínica, ús de recursos sanitaris i pronòstic. En conseqüència, es fan les següents recomanacions: a. Els fenòmens no pulmonars de la MPOC s’haurien d’incloure de manera operativa en l’estadiatge d'aquests pacients. b. S’hauria de redefinir la gestió clínica dels pacients amb MPOC tot incorporant un enfocament holístic dels fenòmens no pulmonars. c. S’haurien de desenvolupar i avaluar correctament noves intervencions, farmacològiques i no farmacològiques, per a la prevenció de les manifestacions no pulmonars en pacients amb MPOC. 2. Les alteracions de la regulació de vies biològiques rellevants com la bioenergètica, inflamació, estrès oxidatiu i la remodelació de teixits a nivell del múscul esquelètic, i també a nivell sistèmic, s’observa en els pacients amb MPOC i pot tenir un paper important en les co-morbiditats. 3. Les relacions entre alteracions cardiovasculars, disfunció del múscul esquelètic i altres aspectes clínics dels pacients amb MPOC, indiquen la necessitat de caracteritzar la capacitat aeròbica i els nivells d'activitat física en la pràctica clínica, així com la implementació d’estratègies de rehabilitació cardiopulmonar en les primeres etapes de la malaltia, per tal de modular la prognosis dels malalts i prevenir l’aparició de comorbiditats. 4. La multimorbiditat és un bon predictor d’esdeveniments clínics rellevants en pacients amb MPOC i mostra un gran potencial per a personalitzar l’estimació de risc i la selecció de serveis. 5. La predicció de risc de forma personalitzada s’ha identificat com una eina amb molt potencial per a la gestió de la multimorbiditat en la pràctica clínica diària. S’han explorat els factors limitants de la seva aplicabilitat i s’han proposat estratègies d'implementació d’eines predictives adients, basades en solucions de computació en el núvol.[spa] INTRODUCCIÓN: Tanto la multimorbilidad (la presencia de más de una enfermedad crónica en un mismo paciente) como la comorbilidad (la presencia de más de una enfermedad crónica en presencia de una enfermedad de referencia) son una fuente importante de disfunciones en la atención sanitaria de los pacientes crónicos y generan importantes costes evitables en los sistemas de salud de todo el mundo. La multimorbilidad/comorbilidad afecta a la mayoría de la población de más de 65 años. Debido a su gran impacto sanitario y social, resulta necesaria la revisión de aspectos esenciales de la práctica médica convencional, muy enfocada en el tratamiento de cada enfermedad de forma aislada. En este sentido, es necesario elaborar estrategias que consideren mecanismos biológicos comunes entre patologías, con el fin de prevenir, retrasar o incluso detener la progresión del fenómeno. Desgraciadamente, el escaso conocimiento de los mecanismos biológicos que modulan las interacciones entre enfermedades es un factor limitante importante. Existen estudios sobre los mecanismos moleculares comunes entre enfermedades y se han realizados análisis poblaciones de la multimorbilidad, pero no existe aún una aproximación holística que permita traducir este conocimiento a la práctica clínica. La aparición de nuevas tecnologías ómicas, así como recientes iniciativas en el ámbito de la salud digital, han facilitado el acceso a una cantidad enorme de información sobre los pacientes, tanto a nivel poblacional como a nivel molecular. Además, las herramientas computacionales y de aprendizaje automático existentes demuestran un gran potencial predictivo que, conjuntamente con las metodologías de biología de sistemas, están conformando los aspectos prácticos de la medicina de sistemas. De manera progresiva esta última se está convirtiendo en una vía efectiva para acelerar el papel de la evidencia científica como soporte a la atención clínica. De forma recíproca, la digitalización sistemática de la práctica clínica diaria permite la generación de nuevos descubrimientos científicos y la optimización de la asistencia sanitaria. Esta tesis doctoral pretende explorar la multimorbilidad desde una perspectiva de medicina de sistemas, considerando como caso de uso concreto y práctico la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). La EPOC constituye un caso de uso ideal debido a diversos factores: i) su alto impacto a nivel sanitario; ii) la heterogeneidad en cuanto a manifestaciones y progreso, a menudo con efectos extra pulmonares, incluyendo de forma frecuente comorbilidades como la diabetes mellitus tipo 2, trastornos cardiovasculares, la ansiedad-depresión y el cáncer de pulmón; y, iii) los efectos sistémicos de la enfermedad pulmonar, que podrían presentar mecanismos biológicos comunes a algunas comorbilidades. HIPÓTESIS: La hipótesis central de esta tesis doctoral considera que la multimorbilidad podría explicarse por alteraciones en las redes de regulación de mecanismos biológicos relevantes como la bioenergética, inflamación y remodelación de tejidos. En este sentido, el análisis holístico del problema podría mejorar la comprensión de los mecanismos moleculares que modulan las asociaciones entre enfermedades y, por tanto, facilitar el diseño de estrategias terapéuticas preventivas y dirigidas a modular el pronóstico de los pacientes. Esta tesis doctoral estudia los fenómenos extra pulmonares de la EPOC; es decir, efectos sistémicos (disfunción del músculo esquelético) y comorbilidades, como paradigma de enfermedades crónicas complejas. OBJETIVOS: El objetivo general de esta tesis doctoral es triple: i) el análisis holístico de pacientes con EPOC focalizando en la disfunción muscular y la comorbilidades; ii) evaluar el papel de las comorbilidades en el riesgo de salud de los pacientes con EPOC, tanto a nivel poblacional como individual; y, iii) explorar estrategias tecnológicas y herramientas de salud digital que faciliten la transferencia de conocimiento a la práctica clínica diaria. RESULTADOS: El primer manuscrito de la tesis describe una nueva herramienta de gestión del conocimiento para el análisis molecular de los mecanismos de disfunción del músculo esquelético en pacientes con EPOC. Incluido en el primer objetivo de la tesis, se efectúa un análisis de redes orientado a la identificación de módulos biológicos que explican la disfunción muscular y la adaptación anómala de estos pacientes al entrenamiento físico, tal y cómo se describe en el segundo manuscrito. Los tres artículos siguientes exploran, desde perspectivas diferentes, el impacto y mecanismos de las comorbilidades en los pacientes con EPOC. Los principales resultados de estos estudios indican una compleja y anormal regulación de vías biológicas principales, como es el caso de la bioenergética, inflamación, estrés oxidativo y remodelación de tejidos, tanto a nivel del músculo como a nivel sistémico (sangre, pulmón). Estos resultados abren nuevas vías para intervenciones preventivas, tanto farmacológicas como no farmacológicas, sobre los fenómenos no pulmonares que presentan los pacientes con E

Big data analytics for preventive medicine

© 2019, Springer-Verlag London Ltd., part of Springer Nature. Medical data is one of the most rewarding and yet most complicated data to analyze. How can healthcare providers use modern data analytics tools and technologies to analyze and create value from complex data? Data analytics, with its promise to efficiently discover valuable pattern by analyzing large amount of unstructured, heterogeneous, non-standard and incomplete healthcare data. It does not only forecast but also helps in decision making and is increasingly noticed as breakthrough in ongoing advancement with the goal is to improve the quality of patient care and reduces the healthcare cost. The aim of this study is to provide a comprehensive and structured overview of extensive research on the advancement of data analytics methods for disease prevention. This review first introduces disease prevention and its challenges followed by traditional prevention methodologies. We summarize state-of-the-art data analytics algorithms used for classification of disease, clustering (unusually high incidence of a particular disease), anomalies detection (detection of disease) and association as well as their respective advantages, drawbacks and guidelines for selection of specific model followed by discussion on recent development and successful application of disease prevention methods. The article concludes with open research challenges and recommendations

The burden of proof: the current state of atrial fibrillation prevention and treatment trials

Atrial fibrillation (AF) is an age-related arrhythmia of enormous socioeconomic significance. In recent years, our understanding of the basic mechanisms that initiate and perpetuate AF has evolved rapidly, catheter ablation of AF has progressed from concept to reality, and recent studies suggest lifestyle modification may help prevent AF recurrence. Emerging developments in genetics, imaging, and informatics also present new opportunities for personalized care. However, considerable challenges remain. These include a paucity of studies examining AF prevention, modest efficacy of existing antiarrhythmic therapies, diverse ablation technologies and practice, and limited evidence to guide management of high-risk patients with multiple comorbidities. Studies examining the long-term effects of AF catheter ablation on morbidity and mortality outcomes are not yet completed. In many ways, further progress in the field is heavily contingent on the feasibility, capacity, and efficiency of clinical trials to incorporate the rapidly evolving knowledge base and to provide substantive evidence for novel AF therapeutic strategies. This review outlines the current state of AF prevention and treatment trials, including the foreseeable challenges, as discussed by a unique forum of clinical trialists, scientists, and regulatory representatives in a session endorsed by the Heart Rhythm Society at the 12th Global CardioVascular Clinical Trialists Forum in Washington, DC, December 3–5, 2015