Development and evaluation of a microservice-based virtual assistant for chronic patients support

Los asistentes virtuales (también conocidos como chatbots) son programas que interactúan con los usuarios simulando una conversación humana a través de mensajes de texto o de voz. Los asistentes virtuales destinados al cuidado de la salud ofrecen servicios, herramientas, asesoramiento, ayuda, soporte y gestión de diferentes enfermedades. Los usuarios de este tipo de asistente virtual pueden ser, por ejemplo, pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios, los cuales poseen diferentes necesidades y requerimientos. Los pacientes con enfermedades crónicas podrían beneficiarse de los asistentes virtuales que se encargan de realizar seguimientos de su condición, proporcionar información específica, fomentar la adherencia a la medicación, etc. Para realizar estas funciones, los asistentes virtuales necesitan una arquitectura de software adecuada. Esta tesis doctoral propone el diseño de una arquitectura específica para el desarrollo de asistentes virtuales destinados a proporcionar soporte a pacientes crónicos. Hoy en día, las personas interactúan entre sí diariamente utilizando plataformas de mensajería. Para alinear este tipo de interacción con la arquitectura del asistente virtual, proponemos el uso de plataformas de mensajería para la interacción asistente virtual-paciente, prestando especial atención a las cuestiones de seguridad y privacidad (es decir, el uso de plataformas de mensajería seguras con cifrado de extremo a extremo).Los asistentes virtuales pueden implementar sistemas conversacionales para que la interacción con los pacientes sea más natural. Los sistemas conversacionales en escenarios de atención médica complejos, como la gestión de enfermedades, deben ser capaces de poder comprender oraciones complejas utilizadas durante la interacción. La adaptación de nuevos métodos con el procesamiento de lenguaje natural (NLP, por su nombre en inglés, Natural Language Processing) puede aportar una mejora a la arquitectura del asistente virtual. Los word embeddings (incrustación de palabras) se han utilizado ampliamente en NLP como entrada en las redes neuronales. Tales word embeddings pueden ayudar a comprender el objetivo final y las palabras clave en una oración. Por ello, en esta tesis estudiamos el impacto de diferentes word embeddings entrenados con corpus generales y específicos utilizando el entendimiento del lenguaje natural conjunto (Joint NLU, por su nombre en inglés, Joint Natural Language Understanding) en el dominio de la medicación en español. Los datos para entrenar el modelo NLU conjunto se generan usando plantillas. Dicho modelo se utiliza para la detección de intenciones, así como para el slot filling (llenado de ranuras). En este estudio comparamos word2vec y fastText como word embeddings y ELMo y BERT como modelos de lenguaje. Para entrenar los embeddings utilizamos tres corpus diferentes: los datos de entrenamiento generados para este escenario, la Wikipedia en español como dominio general y la base de datos de medicamentos en español como datos especializados. El mejor resultado se obtuvo con el modelo ELMo entrenado con Wikipedia en español.Dotamos al asistente virtual de capacidades de gestión de medicamentos basadas en NLP. En consecuencia, se analiza el impacto del etiquetado de slots y la longitud de los datos de entrenamiento en modelos NLU conjuntos para escenarios de gestión de medicamentos utilizando asistentes virtuales en español. En este estudio definimos las intenciones (propósitos de las oraciones) para escenarios centrados en la administración de medicamentos y dos tipos de etiquetas de slots. Para entrenar el modelo, generamos cuatro conjuntos de datos, combinando oraciones largas o cortas con slots largos o cortos. Para el análisis comparativo, elegimos seis modelos NLU conjuntos (SlotRefine, stack-propagation framework, SF-ID network, capsule-NLU, slot-gated modeling y joint SLU-LM) de la literatura existente. Tras el análisis competitivo, se observa que el mejor resultado se obtuvo utilizando oraciones y slots cortos. Nuestros resultados sugirieron que los modelos NLU conjuntos entrenados con slots cortos produjeron mejores resultados que aquellos entrenados con slots largos para la tarea de slot filling.En definitiva, proponemos una arquitectura de microservicios genérica válida para cualquier tipo de gestión de enfermedades crónicas. El prototipo genérico ofrece un asistente virtual operativo para gestionar información básica y servir de base para futuras ampliaciones. Además, en esta tesis presentamos dos prototipos especializados con el objetivo de mostrar cómo esta nueva arquitectura permite cambiar, añadir o mejorar diferentes partes del asistente virtual de forma dinámica y flexible. El primer prototipo especializado tiene como objetivo ayudar en la gestión de la medicación del paciente. Este prototipo se encargará de recordar la ingesta de medicamentos a través de la creación de una comunidad de apoyo donde los pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios interactúen con herramientas y servicios útiles ofrecidos por el asistente virtual. La implementación del segundo prototipo especializado está diseñada para una enfermedad crónica específica, la psoriasis. Este prototipo ofrece teleconsulta y almacenamiento de fotografías.Por último, esta tesis tiene como objetivo validar la eficacia del asistente virtual integrado en las plataformas de mensajería, destinado al cuidado de la salud. Por ello, esta tesis incluye la evaluación de los dos prototipos especializados. El primer estudio tiene como objetivo mejorar la adherencia a la medicación en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 comórbida y trastorno depresivo. Para ello, se diseñó y posteriormente se realizó un estudio piloto de nueve meses. En el estudio analizamos la Tasa de Posesión de Medicamentos (MPR, por su nombre en inglés, Medication Possession Ratio), obtuvimos la puntuación del Cuestionario sobre la Salud del Paciente (PHQ-9, por su nombre en inglés, Patient Health Questionnaire) y medimos el nivel de hemoglobina glicosilada (HbA1c), en los pacientes antes y después del estudio. También realizamos entrevistas a todos los participantes. Un total de trece pacientes y cinco enfermeras utilizaron y evaluaron el asistente virtual propuesto. Los resultados mostraron que, en promedio, la adherencia a la medicación de los pacientes mejoró. El segundo estudio tiene como objetivo evaluar un año de uso entre el asistente virtual y pacientes con psoriasis y dermatólogos, y el impacto en su calidad de vida. Para ello se diseñó y realizó un estudio prospectivo de un año de duración con pacientes con psoriasis y dermatólogos. Para medir la mejora en la calidad de vida, en este estudio analizamos los cuestionarios de Calidad de Vida de los Pacientes con Psoriasis (PSOLIFE, por su nombre en inglés, Psoriasis Quality of Life) y el Índice de Calidad de Vida en Dermatología (DLQI, por su nombre en inglés, Dermatology Life Quality Index). Además, realizamos encuestas a todos los participantes y obtuvimos el número de consultas médicas realizadas a través del asistente virtual. Se incluyeron en el estudio un total de 34 participantes (30 pacientes diagnosticados con psoriasis moderada-grave y cuatro profesionales sanitarios). Los resultados mostraron que, en promedio, la calidad de vida mejoró.<br /

Desarrollo de un sistema de control de versiones software integrado en Elastic Stack

La seguridad en redes y servicios consiste en adoptar políticas y prácticas para prevenir y supervisar el acceso no autorizado, el uso indebido, la modificación o la denegación de una red informática y sus recursos accesibles. Actualmente, la ciberseguridad está presente en todo tipo de organizaciones y empresas, pero también cada vez más en usuarios particulares. No nos quepa duda de que, todos y cada uno de los equipos expuestos al mundo exterior reciben varios ataques al cabo del día. Pensar que nadie va a atacar nuestra red porque no somos importantes es un cibersuicidio.Durante este Trabajo Fin de Grado se ha desarrollado un sistema de control de versiones software con la finalidad de comparar las versiones instaladas en el SO del usuario con las últimas versiones comerciales disponibles de 15 softwares de uso común en el SO Windows. El objetivo es prevenir una futura explotación de vulnerabilidades de nuestro sistema por tener instaladas versiones no actualizadas.Se han implementado un conjunto de técnicas y herramientas que nos han permitido sincronizar información en un servidor centralizado con el objetivo de procesarla y ofrecerla a nuestros usuarios a través de una API. Para ello, se ha utilizado el framework osquery para la obtención de versiones de software instaladas en el equipo del usuario; se ha desarrollado un programa en Python, el cual, mediante técnicas de web scraping, obtiene las últimas versiones comerciales de los programas más usados en el SO Windows y se ha utilizado el conjunto de herramientas de Elastic Stack (Beats, Logstash, Elasticsearch y Kibana) para llevar a cabo el procesamiento, almacenamiento y visualización de los resultados. Finalmente, se ha realizado una API (Application Programming Interfaces) en Python que ofrece a los usuarios información de los softwares analizados por nuestro sistema.La funcionalidad del sistema ha sido comprobada mediante su despliegue en un entorno con accesibilidad pública y se ha verificado su funcionamiento en diferentes pruebas.<br /

Desarrollo de una aplicación móvil multiplataforma para la creación de documentos XML utilizando XML Schema y Schematron

Este trabajo plantea el diseño y la implementación de una aplicación móvil multiplataforma mediante JavaScript, HTML5 y CSS3 que permita al usuario crear documentos XML válidos de manera asistida a partir de XML Schema y opcionalmente Schematron. Para ello, utilizando la información proporcionada por el XML Schema, la aplicación genera de forma dinámica un formulario que reproduce la estructura de un documento XML válido, y el usuario interacciona con los elementos de dicho formulario de manera que el estado y el propio formulario van evolucionando hasta obtener un documento XML que es válido respecto del Schema puesto que el formulario se ha construido a partir de él. El uso de Schematron es una de las características que hacen novedosa a la aplicación desarrollada frente a otras. Dicho documento define restricciones y relaciones entre diferentes elementos del documento XML y la aplicación utiliza esta información no solo para informar de restricciones que no se cumplen, sino también para prevenir errores de manera dinámica y anticipada, evitando que el usuario seleccione opciones que causarían errores. En la aplicación también se han tenido en cuenta las necesidades de los usuarios desde el punto de vista visual y del tipo de documento que quieren obtener, por lo que se permite utilizar hojas XSLT para transformar el documento XML a otro tipo de documento más adecuado a las necesidades del usuario, como JSON, HTML o incluso PDF. La aplicación se ha adaptado para ser utilizada en el ámbito de la dermatología mediante el uso de documentos XML Schema y Schematron que modelan patologías dermatológicas comunes y que han sido desarrollados en un Trabajo de Fin de Grado anterior \cite{victoria}. No obstante, la aplicación es genérica y se adaptará de manera dinámica a los documentos XML Schema y Schematron proporcionados por el usuario aunque fuesen otros diferentes

Authorizing Third-Party Applications Served through Messaging Platforms

The widespread adoption of smartphones and the new-generation wireless networks have changed the way that people interact among themselves and with their environment. The use of messaging platforms, such as WhatsApp, has become deeply ingrained in peoples’ lives, and many digital services have started to be delivered using these communication channels. In this work, we propose a new OAuth grant type to be used when the interaction between the resource owner and the client takes place through a messaging platform. This new grant type firstly allows the authorization server to be sure that no Man-in-the-Middle risk exists between the resource owner and the client before issuing an access token. Secondly, it allows the authorization server to interact with the resource owner through the same user-agent already being used to interact with the client, i.e., the messaging platform, which is expected to improve the overall user experience of the authorization process. To verify this assumption, we conducted a usability study in which subjects were required to perform the full authorization process using both the standard authorization code grant type (through a web-browser) and the new grant type defined in this work. They have also been required to fill in a small questionnaire including some demographic information and their impressions about both authorization flows. The results suggest that the proposed grant type eases the authorization process in most cases

Desarrollo de un sistema de identificación biométrico utilizando la señal pletismográfica (PPG), en un entorno de cloud computing

En este proyecto se han analizado las prestaciones de varios esquemas de procesado para su uso en biometría utilizando el PPG. Para dar soporte al proceso de identificación, se ha diseñado e implementado una arquitectura de procesado en la nube, en la que todas las comunicaciones se realizan sobre estándares de comunicación médicos, que permita realizar la identificación en tiempo real

An ontology-driven architecture for data integration and management in home-based telemonitoring scenarios

The shift from traditional medical care to the use of new technology and engineering innovations is nowadays an interesting and growing research area mainly motivated by a growing population with chronic conditions and disabilities. By means of information and communications technologies (ICTs), telemedicine systems offer a good solution for providing medical care at a distance to any person in any place at any time. Although significant contributions have been made in this field in recent decades, telemedicine and in e-health scenarios in general still pose numerous challenges that need to be addressed by researchers in order to take maximum advantage of the benefits that these systems provide and to support their long-term implementation. The goal of this research thesis is to make contributions in the field of home-based telemonitoring scenarios. By periodically collecting patients' clinical data and transferring them to physicians located in remote sites, patient health status supervision and feedback provision is possible. This type of telemedicine system guarantees patient supervision while reducing costs (enabling more autonomous patient care and avoiding hospital over flows). Furthermore, patients' quality of life and empowerment are improved. Specifically, this research investigates how a new architecture based on ontologies can be successfully used to address the main challenges presented in home-based telemonitoring scenarios. The challenges include data integration, personalized care, multi-chronic conditions, clinical and technical management. These are the principal issues presented and discussed in this thesis. The proposed new ontology-based architecture takes into account both practical and conceptual integration issues and the transference of data between the end points of the telemonitoring scenario (i.e, communication and message exchange). The architecture includes two layers: 1) a conceptual layer and 2) a data and communication layer. On the one hand, the conceptual layer based on ontologies is proposed to unify the management procedure and integrate incoming data from all the sources involved in the telemonitoring process. On the other hand, the data and communication layer based on web service technologies is proposed to provide practical back-up to the use of the ontology, to provide a real implementation of the tasks it describes and thus to provide a means of exchanging data. This architecture takes advantage of the combination of ontologies, rules, web services and the autonomic computing paradigm. All are well-known technologies and popular solutions applied in the semantic web domain and network management field. A review of these technologies and related works that have made use of them is presented in this thesis in order to understand how they can be combined successfully to provide a solution for telemonitoring scenarios. The design and development of the ontology used in the conceptual layer led to the study of the autonomic computing paradigm and its combination with ontologies. In addition, the OWL (Ontology Web Language) language was studied and selected to express the required knowledge in the ontology while the SPARQL language was examined for its effective use in defining rules. As an outcome of these research tasks, the HOTMES (Home Ontology for Integrated Management in Telemonitoring Scenarios) ontology, presented in this thesis, was developed. The combination of the HOTMES ontology with SPARQL rules to provide a flexible solution for personalising management tasks and adapting the methodology for different management purposes is also discussed. The use of Web Services (WSs) was investigated to support the exchange of information defined in the conceptual layer of the architecture. A generic ontology based solution was designed to integrate data and management procedures in the data and communication layer of the architecture. This is an innovative REST-inspired architecture that allows information contained in an ontology to be exchanged in a generic manner. This layer structure and its communication method provide the approach with scalability and re-usability features. The application of the HOTMES-based architecture has been studied for clinical purposes following three simple methodological stages described in this thesis. Data and management integration for context-aware and personalized monitoring services for patients with chronic conditions in the telemonitoring scenario are thus addressed. In particular, the extension of the HOTMES ontology defines a patient profile. These profiles in combination with individual rules provide clinical guidelines aiming to monitor and evaluate the evolution of the patient's health status evolution. This research implied a multi-disciplinary collaboration where clinicians had an essential role both in the ontology definition and in the validation of the proposed approach. Patient profiles were defined for 16 types of different diseases. Finally, two solutions were explored and compared in this thesis to address the remote technical management of all devices that comprise the telemonitoring scenario. The first solution was based on the HOTMES ontology-based architecture. The second solution was based on the most popular TCP/IP management architecture, SNMP (Simple Network Management Protocol). As a general conclusion, it has been demonstrated that the combination of ontologies, rules, WSs and the autonomic computing paradigm takes advantage of the main benefits that these technologies can offer in terms of knowledge representation, work flow organization, data transference, personalization of services and self-management capabilities. It has been proven that ontologies can be successfully used to provide clear descriptions of managed data (both clinical and technical) and ways of managing such information. This represents a further step towards the possibility of establishing more effective home-based telemonitoring systems and thus improving the remote care of patients with chronic diseases

Desarrollo de una herramienta en python para la monitorización de actividad de usuarios de whatsapp

Este Trabajo de Fin de Grado consiste en el desarrollo de una plataforma que permite la monitorización de la actividad de los usuarios en la aplicación de mensajería instantánea para smartphones Whatsapp. Los módulos principales de la plataforma son: un Agente SNMP que ejecuta la aplicación utilizada para la monitorización, ambos escritos en el lenguaje de programación Python, y un Gestor SNMP que ejecuta el software de MG-SOFT utilizado en Gestion de Red. La aplicación utilizada para la monitorización recoge las horas de última conexión de los usuarios y las envía mediante el protocolo de gestión SNMP al agente. El agente SNMP, que implementa una MIB privada, es gestionado a través del programa MIB Browser, de modo que permita su acceso remotamente. Esta MIB privada consiste en una tabla que almacena los distintos números telefónicos, los nombres de sus propietarios, sus fechas de últimas conexiones y el número de veces que han accedido a Whatsapp durante los últimos 5 minutos. Por último, la aplicación de generación de gráficos en red Cacti nos permite una representación temporal de los datos almacenados en el agente

Implementación del grupo Filter de una sonda RMON con Python y LibPCAP

En este trabajo se ha implementado el grupo Filter de una sonda RMON, el cual permite realizar tareas de monitorización utilizando el protocolo SNMP (Simple Network Management Protocol). Además, se ha definido una MIB (Management Information Base) que permita integrar la gestión de las comunidades de acceso al sistema dentro de la arquitectura SNMP. Por último, se ha desarrollado una interfaz gráfica de usuario que facilite el manejo del grupo Filter de RMON

Herramienta de identificación e informe de activos y servicios de red basado en análisis de tráfico y huella de sistemas operativos

Uno de los problemas más frecuentes de los departamentos de IT es el mantenimiento de los activos TIC. Esta falta de control supone que existen activos sin soporte, parches o incluso responsable funcional, con los riesgos de seguridad que ello implica. Como solución, se va a crear una herramienta capaz de realizar de forma pasiva un inventario de los activos TIC detectados a través del tráfico observado en la red. Esta herramienta sería capaz de generar un mapa gráfico de los activos, así como exportar esta información a un formato común, para que pueda ser utilizado en otras herramientas de activos TIC.<br /

Definición de XML schemas para la prescripción de fórmulas magistrales en dermatología

Este trabajo plantea la elaboración de una herramienta que facilitará la creación de las fórmulas magistrales más comunes del ámbito de la dermatología. Para el desarrollo de dicha herramienta se contó con la colaboración de una dermátologa que proporcionó la información de las diversas patologías (psoriasis, alopecia, mucosa, dermatitis y rosacea) cuyos modelos de datos se elaboraron. El diseño de esta herramienta se basó en la creación de una novedosa arquitectura extensible y modular, que permite incluir una nueva patología para modelar con XML Schema, sin necesidad de rediseñar la herramienta como ocurre con las ya existentes. Además de la introducción de restricciones a través de un lenguaje potente, a la vez que novedoso, como es el lenguaje Schematron, que facilitan el control de las incompatibilidades de los principios activos entre sí. Todo ello sin olvidar la parte visual, creando un hoja de estilos en XSLT que permite definir el documento pdf final, que resume gráficamente todo el trabajo realizado, además de mostrar un formato adecuado para la presentación de la fórmula magistral completa