Software development for detecting cardiovascular disease risks and supporting health screening process among school age children

Background and Objective. Early detection of cardiovascular (CV) disease or associated risk factors during childhood is of paramount importance, allowing for early treatment or lifestyle modifications, respectively. The application of health screening programs in the general population is greatly supported by computer software that can manage electronic health records with integrated clinical decision support functionality. However, despite of the advantages of early CV disease and associated risk factors detection already during childhood, the research regarding CV disease screening and computer support systems development mainly focuses on adult CV disease. The main objective of this study was to describe the development and validation of an electronic health record (EHR) system, with integrated computerized decision support system (CDSS) capabilities, specifically designed for supporting the needs of a pilot pediatric CV disease screening program applied on primary school students of a Mediterranean island. Secondary objectives include the development and validation of electronic health record individual elements which permit for a complete cardiovascular screening according to recent practice guidelines (including personal and family history, physical evaluation, electrocardiogram and phonocardiogram findings documentation and validation). Methods. Evidence-based knowledge, national and international practice guidelines regarding sport preparticipation CV screening of children and young athletes has been used for the design of the designated EHR. A CDSS, capable for providing alerts for further cardiology evaluation need, has been incorporated into the EHR, based on normative anthropometric and electrocardiographic data as well as predefined positive history responses. The specifications of the software were based on the requirements and the needs of the pediatric CV disease screening program. For the design of the integrated information system, well-known software engineering techniques were applied, while usability and compliance to international standards of medical information systems, were of major importance during the development. Results. We developed a designated EHR with integrated CDSS supporting pediatric CV disease screening, capable for documenting CV-related personal and family history responses, physical evaluation data (weight, height, blood pressure), allowing for entering electrocardiogram (ECG) measurements and for uploading of multimedia files (including ECG images and digital phonocardiogram audio files). The EHR incorporates clinical calculators and referral alerts for the presence (and degree) of adiposity, hypertension, ECG abnormalities and positive history responses indicative of high CV disease risk. In a preliminary EHR validation, performed by entering data from 53 previously available paper-based health records, the EHR was proven to be fully functional. Conclusions. The pediatric cardiology EHR with CDSS features which we developed might serve as a model for EHR for primary health care purposes, capable to document and early detect CV disease and associated risk factors in pediatric populations. . It can be easily adapted to the priorities and methodology of any similar CV screening program applied to school age children, while it can serve as a model for EHR with CDSS supporting further pediatric health screening priorities.Εισαγωγή- Στόχοι μελέτης. Η πρώιμη ανίχνευση καρδιαγγειακών νοσημάτων και των σχετιζόμενων με αυτά πρώιμων παραγόντων καρδιαγγειακού κινδύνου είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς επιτρέπει την έγκαιρη θεραπευτική αντιμετώπιση και πρώιμες υγιεινοδιαιτητικές παρεμβάσεις, αντίστοιχα. Η εφαρμογή προγραμμάτων προσυμπτωματικού ελέγχου καρδιαγγειακών νοσημάτων και σχετιζόμενων παραγόντων κινδύνου, ήδη από την παιδική ηλικία, βελτιστοποιεί την δυνατότητα πρώιμης και αποτελεσματικής παρέμβασης. Παράλληλα, οι εφαρμογές υπολογιστών στην Ιατρική (ηλεκτρονικός ιατρικός φάκελος, συστήματα αυτοματοποιημένης διαγνωστικής υποστήριξης) υποστηρίζουν την εφαρμογή προγραμμάτων προσυμπτωματικού ελέγχου του γενικού πληθυσμού, ενώ επιτρέπουν την ανίχνευση παθολογικών καταχωρήσεων και την επεξεργασία των δεδομένων που προκύπτουν. Διεθνώς όμως η σχετική έρευνα επικεντρώνεται κυρίαρχα, αφενός στα καρδιαγγειακά νοσήματα και ιδιαίτερα στην καρδιαγγειακή νόσο των ενηλίκων και αφετέρου στην ανάπτυξη υπολογιστικών εφαρμογών καταγραφής και προσδιορισμού καρδιαγγειακού κινδύνου για ενήλικες ασθενείς. Η έρευνα τόσο σχετικά με την πρώιμη ανίχνευση καρδιαγγειακών νοσημάτων και παραγόντων κινδύνου στην παιδική ηλικία, όσο και με την αντίστοιχη ανάπτυξη υπολογιστικών εφαρμογών που υποστηρίζουν αντίστοιχα προγράμματα παραμένει περιορισμένη. Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη και αξιολόγηση της λειτουργικότητας ηλεκτρονικού φακέλου υγείας (Εlectronic Health Record-EHR), με ενσωμάτωση συστήματος αυτοματοποιημένης διαγνωστικής υποστήριξης (Computerized Decision Support System-CDSS), ειδικά σχεδιασμένου για την υποστήριξη πιλοτικού προγράμματος προληπτικού ελέγχου της καρδιαγγειακής υγείας μαθητών σχολικής ηλικίας σε μεσογειακό νησιωτικό πληθυσμό. Οι επιμέρους στόχοι περιλαμβάνουν τον έλεγχο της ανάπτυξης επιπρόσθετων δυνατοτήτων του συστήματος για την διαχείριση επιμέρους απαιτήσεων ενός πλήρους προγράμματος προσυμπτωματικού ελέγχου καρδιαγγειακής υγείας (περιλαμβανόμενων πληροφοριών ιστορικού, φυσικής εξέτασης, ηλεκτροκαρδιογραφήματος και φωνοκαρδιογραφήματος). Μεθοδολογία. Ο σχεδιασμός του ηλεκτρονικού φακέλου υγείας βασίστηκε σε τεκμηριωμένες βιβλιογραφικά κατευθυντήριες οδηγίες, αναφορικά με την πρωτογενή ανίχνευση καρδιαγγειακών νοσημάτων και σχετιζόμενων παραγόντων κινδύνου σε παιδιά και νέους αθλητές. Το σύστημα αυτοματοποιημένης διαγνωστικής υποστήριξης σχεδιάστηκε και ενσωματώθηκε στον ηλεκτρονικό φάκελο, ώστε να επισημαίνει την ένδειξη περαιτέρω ειδικότερου καρδιολογικού ελέγχου, σε καταχωρήσεις με αυξημένη πιθανότητα καρδιαγγειακής νόσου ή παραγόντων κινδύνου, με βάση τις απαντήσεις του ατομικού και οικογενειακού ιστορικού, σωματομετρικών μετρήσεων και ευρημάτων κατά την κλινική εξέταση αλλά και κατά την καταχώρηση μεταβλητών του ηλεκτροκαρδιογραφήματος. Οι προδιαγραφές του συστήματος προήλθαν από τις απαιτήσεις και τις ανάγκες του προγράμματος προσυμπτωματικού ελέγχου καρδιαγγειακών νοσημάτων και ανίχνευσης παραγόντων καρδιαγγειακού κινδύνου στην παιδική ηλικία. Ο σχεδιασμός του λογισμικού έγινε ακολουθώντας γνωστές μεθοδολογίες της τεχνολογίας λογισμικού, ενώ στην υλοποίηση του συστήματος ελήφθησαν σοβαρά υπόψη κοινά αποδεκτοί κανόνες ευχρηστίας και διεθνή πρότυπα ανάπτυξης λογισμικού και ιατρικών πληροφοριακών συστημάτων. Αποτελέσματα. Σχεδιάστηκε ένας λειτουργικός ηλεκτρονικός φάκελος υγείας, με ενσωματωμένη αυτόματη διαγνωστική υποστήριξη και δυνατότητα πλήρους υποστήριξης του προληπτικού καρδιολογικού ελέγχου παιδιών σχολικής ηλικίας, με δυνατότητα α) καταγραφής πρότυπου ατομικού και οικογενειακού ιστορικού, κλινικής εξέτασης (βάρος, ύψος, αρτηριακή πίεση), αποτελεσμάτων καρδιακής ακρόασης, καταχωρήσεων μεταβλητών του ηλεκτροκαρδιογραφήματος, επισύναψης πολυμεσικών αρχείων (Ηλεκτροκαρδιογράφημα, ψηφιακές ηχογραφήσεις καρδιακών ήχων) και β) συγκρίσεων των καταχωρήσεων με φυσιολογικές για ηλικία και φύλο τιμές και ακόλουθα αυτόματης επισήμανσης καταχωρήσεων ενδεικτικών παρουσίας παραγόντων κινδύνου (υπέρταση, παχυσαρκία) ή και αδιάγνωστης ως τότε καρδιαγγειακής νόσου (με βάση ύποπτα συμπτώματα, οικογενειακό ιστορικό, καρδιακή ακρόαση ή ηλεκτροκαρδιογραφικά ευρήματα). Η αρχική αξιολόγηση της λειτουργικότητας του συστήματος με καταχώρηση περιορισμένου αριθμού (ν=53) ήδη διαθέσιμων δεδομένων (έντυπος ιατρικός φάκελος) ήταν επιτυχής. Συμπεράσματα. O ηλεκτρονικός φάκελος υγείας με ενσωματωμένη δυνατότητα αυτόματης διαγνωστικής υποστήριξης και σήμανσης που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, για την υποστήριξη της έγκαιρης ανίχνευσης καρδιαγγειακών νοσημάτων και σχετιζόμενων παραγόντων κινδύνου στον σχολικό πληθυσμό μπορεί να αποτελέσει πρότυπο ηλεκτρονικού φακέλου με δυνατότητα εύκολης προσαρμογής του, στις ιδιαίτερες ανάγκες κάθε σχετικής έρευνας αλλά και γενικευμένης εφαρμογής του, για τον καρδιολογικό έλεγχο παιδιών σχολικής ηλικίας. Παράλληλα μπορεί να αποτελέσει πρότυπο ηλεκτρονικού φακέλου με δυνατότητες έγκαιρης επισήμανσης και για άλλα ανιχνευτικά προγράμματα παιδιατρικών νοσημάτων