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Dr. Luciana Cavalini & Timothy Cook present MLHIM at Congreso Argentino de Informática y Salud 2014. See: www.mlhim.org www.github.com/mlhim for more details.
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MULTILEVEL HEALTHCARE INFORMATION MODELING (MLHIM): ACTUALIZACIÓN
LUCIANA TRICAI CAVALINIUNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO, BRASIL
TIMOTHY WAYNE COOKINSTITUTO NACIONAL DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA – MEDICINA ASSISTIDA POR COMPUTAÇÃO CIENTÍFICA
RESUMEN▪ Informática en salud: viejos e nuevos retos
▪ Estándares en la informática en salud
▪ Modelado multinivel
▪ Las especificaciones Multilevel Healthcare Information Modelling (MLHIM)
▪ Modelos clínicos en MLHIM
▪ Herramientas y aplicaciones para MLHIM
▪ Conclusiones
INFORMÁTICA EN SALUDVIEJOS Y NUEVOS RETOS
LA INFORMÁTICA ESTÁ EN TODAS PARTES EN LA SALUD...
Cada vez más, los registros médicos serán transferidos al soporte
electrónico
Varios equipos de diagnóstico y terapéutico son computarizados y
han incorporado software
mHealth es una realidad: aplicaciones médicas para smartphones, y el
emergente de Internet de las Cosas
Cuando fue mi última vacuna contra el tétanos?
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Diastolic BP Lower Limit of Normaliy for DBP Upper Limit of Normaliy for DBP Prehypertension limit
October 3, 2003:1st prehypertensive measurement
October 20, 2003:2nd prehypertensive measurement
May 21, 2003:The JNC 7 Guideline is published
March 31, 2003:DBP = 84mmHg(Normal according to the JNC 6)
October 7, 2006:Death by stroke
February 2, 2003:DBP = 88mmHg(Normal according to the JNC 6)
January 2004:Improper data migration is performed
RETOS EN LA TI EN SALUD DURANTE EL SIGLO 20
Requisitos únicos
Individuos
ProveedoresServicios
Espacial
Temporal
Ontológica
Complejidades
RETOS EN LA TI EN SALUD PARA EL SIGLO 21
mHealth
• Aplicaciones móviles• Dispositivos médicos• Medios sociales
Internet das
Cosas
• Dispositivos médicos• Smartphones• Otros aparatos
(gadgets)
▪ La atención de salud es el único sector de la economía humana que se ocupa de los procesos de producción biológica (creado por la naturaleza)
▪ Todos los demás sectores de la economía operan en los procesos de producción industrial (creados por el hombre)
▪ Los procesos de producción creados por el hombre son más simples que los biológicos porque:
¿POR QUÉ ES DIFERENTE EN LA SALUD?
Yo tenía estas ideas leyendo: R. Dawkins El mayor espectáculo del mundo, p. 204-5 (y Marx, por supuesto).
La evolución tardó millones de años en llegar a esta complejidad
La civilización comienza a sólo decenas de miles de años atrás
Los sistemas industriales son tan simples como sea posible para
maximizar el beneficio
Los sistemas biológicos son tan complejos como sea necesario para
asegurar la supervivencia de la especie
▪ Esta complejidad hace que un problema de la informática que no existe (o no es crítico) en cualquier otro sector de la sociedad humana sea muy grave en salud.
▪ Este problema es:
¿QUÉ CAUSA ESTA COMPLEJIDAD?
INTEROPERABILIDADSEMÁNTICA
- Tos- Durante 3 meses- Febrícula
Radiografía de tórax:- Nódulo vértice D
LAB:- Tuberculosis
Radiografía de tórax:- Nódulo vértice D
LAB:- Tuberculosis
- Tos- Durante 3 meses- Febrícula
- Tos- Durante 3 meses- Febrícula
Radiografía de tórax:- Nódulo vértice D
Fiebre?Sangrado? Ictericia?
ESTÁNDARES EN LA INFORMÁTICA EN SALUD
PROBLEMAS VIEJOS Y NUEVOS, SOLUCIONES VIEJAS (Y NUEVAS)
SOLUCIÓN ACTUAL: ESTANDARIZAR(?)
Hasta hoy, la estandarización parece ser la solución a los problemas técnicos en el
campo de la informática de la salud
Las instituciones líderes en el desarrollo de normas para el campo de la informática de la
salud son:
• Health Level 7 (HL7)• International Standards Organization (ISO)• openEHR Foundation*
Para modelos de datos clínicos:
• International Health Terminology Standards Development Organisation(IHTSDO)• Organización Mundial de la Salud (OMS)• Regenstrief Institute• National Center for Biomedical Ontology (NCBO)
Para vocabularios controlados:
LOS ESTÁNDARES TRADICIONALES DE LA INFORMÁTICA EN SALUD
HL7, openEHR, ISO 13606
Se centran primariamente en el
intercambio de mensajes entre los
REM
Todos ellos preceden en la historia la
aparición del Big Data y la Web
Semántica
Modelos de datos arriba hacia abajo:
no están preparados para hacer frente a los 3V de Big Data
SNOMED-CT, LOINC,
ICDVocabularios controlados
También preceden Big Data y Web
Semántica
Foco principal en la pre-coordinación
(enfoque de arriba hacia abajo)
En otras palabras: los estándares tradicionales de la informática en salud no están preparados para hacer frente a los retos del siglo 21
Ahora En todas partes Localmente
SE ESTÁ PRODUCIENDO INFORMACIÓN DE SALUD :
¿Cómo las normas tradicionales enfrentan esto?
EL PROBLEMA BÁSICO ES...
EL PROBLEMA BÁSICO ES...
EL PROBLEMA BÁSICO ES...
UN GIRO HELIOCÉNTRICO
MODELADO MULTINÍVELESTÁNDAR HELIOCÉNTRICA DE LA INFORMÁTICA EN SALUD
PRINCIPIOS DE LOS MODELOS MULTINIVEL
Especialista del domínio
Biblioteca de conceptos
Vocabulario del dominio
define
utilizando
Informático
Modelo de Información
Schema
define
expresado como
GUI
Software
APLICACIÓN
Persistencia de datos
instancias
UNA MANERA MÁS SENCILLA...
Modelo de Referencia
Modelado del Conocimiento
Su aplicación (GUI, DSS, BI etc)
En los modelos multinivel, el contexto de la información no está "encarcelado" en el software, ya que el modelo de referencia se compone de estructuras genéricos con el "mínimo" de contexto posible
Lo contexto de la información está contenido en una forma intercambiable entre sistemas, en los Modelos de Dominio
La información recogida en tiempo real [durante la consulta] han persistido su contexto para siempre: los futuros cambios en el software [mantuvo el Modelo de Referencia estable] no afectan a su contenido
Estos extractos de la información, que contienen el contexto original, debidamente referenciados en el espacio y el tiempo, pueden ser compartidos por cualquier aplicación [sobre la base de lo mismo Modelo de Referencia]
TRAER DE VUELTA EL CONTEXTO
MODELADO DEL DOMINIO
Arquetipos (openEHR o ISO 13606)
CCD (MLHIM)
ConceptConstraintDefinition
2014: Los principales implementaciones de openEHR
son MLHIMisticas (XML) ISO 13606 está en revisión
2009: MLHIM se puso en marcha
A partir del siglo 21: openEHR va a la ISO y negocia la familia de normas 13606
Cook abandona el TORCH y se convierte en un voluntario del ARB en la Fundación openEHR
Los últimos años del siglo 20:Europa: proyecto GEHR convierte a openEHR EE.UU: Cook desarrolla el TORCH
HISTORIA
EL PROBLEMA DE KEPLER DE LOS MODELOS MULTINIVEL
UN PARÉNTESIS EN OPENEHR
La versión actual de la Archetype Definition
Language es 1.4
En esta versión de las especificaciones, un
arquetipo se define como el modelo de datos máxima para un concepto dado
Literalmente, significa que puede haber sólo un arquetipo para cada
concepto médico en todo el mundo
Hay varios arquetipos que se están desarrollando en
forma aislada, no se presenten en la herramienta de gobernanza adecuada (la
CKM)
En la especificación ADL 1.5, se prometió que el requisito
de "modelo de datos máxima" se quitará
MODELO HELIOCÉNTRICO A UN MUNDO REAL
MODELADO MULTINIVEL Y HL7: ENFOQUES
openEHR MLHIM 13606Modelos
Maximalista Minimalista ReducionistaEnfoque
Máximo Cualquier tamaño (En proceso de revisión)
Modelo de Datos
Centrado en REM Cualquier aplicación Sólo mensajería
Implementación posible
Muy Mínimo IntermediárioResiduo de contexto en el MR
HL7
Un Nivel
Cualquier tamaño
Sólo mensajería
No aplicable
MODELOS CLÍNICOS HL7 Y MULTINIVEL
openEHR MLHIM 13606Modelos
Arquetipo CCD ArquetipoEstructura
Una n (En proceso de revisión)
# de estructuras / concepto
De arriba hacia abajo
De abajo hacia arriba
De arriba hacia abajo
Gestión del conocimiento
ADL XML Schema 1.1 (En proceso de revisión)Lenguaje
HL7
Mensaje
Una
De arriba hacia abajo
ASCII (v2)XML (v3)
UNA NOTA SOBRE ADL X XML
Hay una pérdida de información cuando se
mueve entre un modelo de objetos (AOM) y XML
Schema
dADL es la serialización adecuada para el AOM
Sin embargo, en la práctica los informáticos están a serializar datos
openEHR / ISO13606 en XML
ADL X XML: UNA COMPARACIÓN
ADL XML
El conjunto de pruebas openEHR incluye aproximadamente 1.600 archivos en total, sin validaciones independientes conocidos de sus archivos
El conjunto de pruebas de XML Schema contiene más de 40.000 pruebas validadas de forma independiente
Herramientas openEHR son desarrollados por una sola empresa y hay un solo Modelo de Referencia de código abierto
Hay más de 30 editores de XML, de código abierto y propietario de diferentes empresas. Existen herramientas adicionales en la familia XML: XSLT, XQuery Xlink y XProc
El Modelo de Referencia en software libre (Java) no ha sido probado y validado a fondo
Hay por lo menos 3 analizadores / validadores XML, ampliamente utilizado, de código abierto y de propiedad de las diferentes empresas y comunidades
Los únicos cursos ADL son de una sola empresa más pocos cursos introductorios enseñados por autodidactas
XML se imparte en todos los cursos de informática, así como online
Hay cero libros sobre ADL O'Reilly tiene 54 libros sobre XML, Amazon tiene 11.890 anuncios de Libros: "xml"
MULTILEVEL HEALTHCARE INFORMATION MODELING (MLHIM)
AN INNOVATION IN HEALTHCARE IT STANDARDS
LAS ESPECIFICACIONES MLHIM
• Visión general • Paquetes• Características adicionales
Modelo de Referencia
Modelos de Dominio
EL MODELO DE REFERENCIA MLHIM (1)
El Modelo de Referencia MLHIM abstracto consiste en tipos y sus elementos que son necesarios y
suficientes para construir cualquier aplicación de salud
El enfoque minimalista hace MLHIM la única especificación
del modelo multinivel que permite el desarrollo de
aplicaciones móviles
EL MODELO DE REFERENCIA MLHIM (2)
El Modelo de Referencia MLHIM está implementado
en XML Schema 1.1
Los tipos abstractos del Modelo de Referência
MLHIM se definen como complexTypes dispuestos
como 'xs:extension'
Cada complexType tiene un ‘element‘ de definición
Los ‘element’ se organizan en grupos de sustitución, con el fin de replicar la capacidad de múltipla herencia de tipos
del Modelo de Referencia abstracto
MODELO DE REFERENCIA MLHIM: PAQUETE DATATYPES
Inspirado en los tipos de datos de la ISO 21090 y openEHR
Tipos de datos ordenadas:
• Ordinales (rangos y puntuaciones)• Fechas y horas• Números verdaderos (cantidades, condes y
ratios)• Rangos de referencia se definen como intervalos
Tipos de datos no ordenadas:
• Strings, analizables, multimedia y booleanos
Diagrama UML del Modelo de Referencia MLHIM: Paquete Datatypes.
MODELO DE REFERENCIA MLHIM: PAQUETE STRUCTURES
Descendientes de ItemType:
ClusterTypePuede contener otros
ClusterTypes o cualquier número de DvAdapterTypes
DvAdapterTypeLa variante terminal de ItemType, al que se une un complexType do
paquete Datatypes
Diagrama UML del Modelo de Referencia MLHIM: Paquete Structures.
DvAdapterType
MODELO DE REFERENCIA MLHIM: PAQUETE CONTENT
Descendientes de EntryType:
CareEntryTypeDefine la estructura, el
protocolo y los atributos de flujo de trabajo para
cualquier información clínica
DemographicEntryTypeDefine la estructura de
datos demográficos, separados de otros
EntryTypes para permitir ‘anonimización’ de los datos
AdminEntryTypeDefine la estructura de
datos administrativos de la asistencia sanitaria
Diagrama UML del Modelo de Referencia MLHIM: Paquetes Content and Constraint.
MODELO DE REFERENCIA MLHIM: PAQUETE COMMON
Type Padre complexType Uso
xs:anyType Party
Representa el sujeto del registro cuando partyname = selfo
Dados de proxy para una parte identificada que no sea el sujeto del registro (modelado en la implementación)
xs:anyType
ParticipationType
AttestationType FeederAuditType FeederAuditDetailsType
Modelado de la participación de una Party en una actividadRegistro de una certificación de elemento(s) del contenido del registro por una PartyAuditoría y otros metadatos para aplicaciones de software y sistemas de la cadena de alimentaciónDetalles de auditoría para cualquier sistema en el sistema alimentador de cadena
ExceptionalValueType Vea adelante Vea adelante
Diagrama UML del Modelo de Referencia MLHIM: Paquete Common.
PartyType
MODELO DE REFERENCIA MLHIM: CARACTERÍSTICAS ADICIONALES
Las especificaciones MLHIM validan la semántica de los datos faltantes (missing), ya que los complexTypes dos tipos de datos MLHIM se refieren a los ExceptionalValueTypes del Modelo de Referencia
Ejemplos:
ev-name Descripción en la documentación del Modelo de Referencia MLHIM
UNKType Desconocido
NASKType No preguntado
ASKRType Preguntado pero se recusó
PINFType Infinidad positiva
NINFType Infinidad negativa
MUCHO IMPORTANTE
Las especificaciones MLHIM solamente se preocupan con la interoperabilidad semántica de aplicaciones biomédicas
Cuestiones de implementación de las aplicaciones están fuera del alcance de las especificaciones (por ejemplo, modelo de persistencia, autenticación, etc)
MODELOS DE DOMINIO MLHIM (1)
Los Modelos de Dominio MLHIM san expressos en Concept Constraint Definitions (CCD)
Una CCD abstracta se define por la combinación y la restricción de los tipos del Modelo de Referencia y sus elementos que son necesarios y suficientes para modelar cualquier concepto biomédico
MODELOS DE DOMINIO MLHIM (2)
La implementación de las CCD en XML Schema 1.1
expresan:
La combinación de múltiples grupos de sustitución en
complexTypes
La definición de las restricciones a los elementos
de los complexTypes
MODELOS DE DOMINIO MLHIM (3)
CCDs se identifican por el Universal Unique Identifiers
(UUID) tipo 4
Esto permite n > 1 CCDs para el mismo concepto en salud, todos
ellos semánticamente válidos según el Modelo de Referencia
MLHIM
Por lo tanto, la gestión del conocimiento en MLHIM es
descentralizada (de abajo hasta arriba)
MLHIM no requiere el consenso de arriba hacia abajo (que es lento y caro) requerido para
todos los otros estándares de la informática en salud
MODELOS DE DOMINIO MLHIM (4)
Cada complexType de la CCD es también identificado por UUID, lo que permite:
Amplia reutilización de los modelos de datos clínicos MLHIM, los Pluggable complexTypes (PcT)
La probabilidad de conflicto semántico entre dos implementaciones diferentes de CCD o PcT para el
mismo concepto es cero
MODELOS DE DOMINIO MLHIM (5)
CCDs pueden alojar cualquier número de terminologías y
ontologías:
Códigos de vocabularios controlados o términos de ontologías se pueden
vincular a su complexType correspondiente como información computable por la aplicación en el
elemento ‘annotation’
También se puede incluir contenidos RDF, lo que hace el ecosistema-
MLHIM totalmente integrado a la Web Semántica
MODELOS CLÍNICOS EN MLHIMCONCEPT CONSTRAINT DEFINITIONS (CCD) VISTAS EN PROFUNDIDAD
MODELADO DEL CONOCIMIENTO CLÍNICO: FUNDAMENTOS
Modelado de datos clínicos es una tarea compleja
Se requiere conocimiento profundo del
dominio clínico específico
Se requiere al menos un
conocimiento intermedio de tipos de datos
El modelado de datos clínicos es una actividad fundamental
en la informática en salud
Es la única manera de producir Big
Data en salud con responsabilidad
Mismo los modelos clínicos
bien diseñados en los software
convencionales no son interoperable
Software en el modelo multinivel es interoperable pero requiere un
esmerado modelado del conocimiento
clínico
CONCEPT CONSTRAINT DEFINITION (CCD)
En MLHIM, CCDs son XML Schemas que definen restricciones al el
Modelo de Referencia, con el fin de modelar conceptos clínicos
CCDs pueden ser validadas para el correspondiente Modelo de
Referencia MLHIM por aplicaciones de terceros
El CCD Schema informa el desarrollador de la aplicación sobre
la estructura de datos válida para cada concepto que se modeló para
ese sistema
Si el CCD se hace público, cualquier destinatario de los datos
procedentes de esta aplicación se puede almacenarlos, validarlos,
consultarlos etc
ESTRUCTURA DE ALTO NIVEL DE LA CCD
CCD
Care, Demographic o AdminEntry
Cluster
DvAdapter (o Cluster)
DataType
TIPOS DE DATOS MLHIM PARA CCDS
Ordenados
Quantified
DvCount
DvQuantity
DvRatio
DvOrdinal DvTemporal
No Ordenados
DvString
(with enumeration)
(without enumeration)
DvCodedString DvMedia DvParsable
DvInterval
RerefenceRange
CCDS MLHIM: ASPECTOS TÉCNICOS
CCDs son el equivalente de un arquetipo en la norma ISO 13606 y openEHR
• Pueden definirse en cualquier nivel, para cualquier uso de la aplicación• Los complexTypes pueden ser reutilizados en múltiples CCDs• CCDs persisten durante todo el tiempo y no se versionan; esto es esencial para la integridad de los
datos a través del tiempo• Todos los nombres de los elementos son identificadores únicos (UUID Tipo 4)
Con las excepciones siguientes:
MODELO DE GESTIÓN DE CCDS
La gestión de conocimiento en
MLHIM consiste en mantener una copia de los CCD y de los
Modelos de Referencia
Esto puede ser en la web en la ubicación
especificada o localmente y referenciado mediante las herramientas
estándar del catálogo XML
Debido a las convenciones de
nomenclatura, los cambios en el
Modelo de Referencia MLHIM no impacta a los CCDs o datos previamente
definidos
Esto mantiene la semántica exacta por
todo lo tiempo
RECURSOS EN MLHIMHERRAMIENTAS Y APLICACIONES
MODELO DE REFERENCIA MLHIM
La versión de lanzamiento está disponible en www.mlhim.org
La versión de desarrollo está disponible en www.github.com/mlhim
CCD GENERATOR (CCD-GEN)
Editor CCD mantenido por el Laboratorio MLHIM en www.ccdgen.com
Produce CCDs Según el correspondiente Modelo de Referencia MLHIM
CCDs se validan automáticamente
Otros productos incluyen:
Una instancia de datos de ejemplo La serialización JSON de la instancia de datosUn formulario HTML muestra Módulos para el lenguaje de programación R para extraer datos MLHIM en tramas de datos R para el procesamiento y análisis
OTRAS HERRAMIENTAS MLHIM
• Un repositorio MLHIM utilizando una base de datos SQL para la persistencia con un navegador y una interfaz REST
MLHIM Application Platform & Learning Environment (MAPLE)
• Utilidad para convertir instancias XML MLHIM a JSON y viceversa a XML + creación de shortuuids• Su objetivo es demostrar cómo las aplicaciones móviles pueden utilizar archivos de datos más pequeños
en la rede para pasar a una API que espera que estos formatos y los puede convertir de nuevo a instancias XML completas para la validación
MLHIM XML Instance Converter (MXIC)
• Aplicación web para construir una forma y crear un CCD de ella (trabajo en progreso)
Form2CCD
• Editor CCD en software libre (trabajo en progreso)
Constraint Definition Designer (CDD)
ALGUNAS POSIBLES IMPLEMENTACIONES DE MLHIM
Directamente desde las especificaciones • Registros electrónicos médicos de cualquier
tamaño • Aplicaciones médicas móviles • Registros personales de salud a la computación fija
o móvil
De los modelos de datos heredados • Migración de aplicaciones convencionales para
MLHIM• Conversión de modelo de datos de dispositivos
médicos
Mantener los datos heredados • Usando MLHIM para la mensajería
CONCLUSIONESY UNA VISIÓN DEL FUTURO
MLHIM = BIG DATA SEMÁNTICAMENTE INTEROPERABLE
MLHIM utiliza tecnologías estándar XML y RDF incrustado
para definir la sintaxis y la semántica
La semántica es en el CCD y pueden ser fácilmente
intercambiados o se hace referencia a través de la web
Su RDF se puede consultar, analizar y vincular mediante
herramientas estándar
Datos MLHIM pueden ser almacenados en bases de datos
SQL o NoSQL
Ejemplos están en GitHub para Exist-DB (XML) y SQLite3
(puede ser fácilmente portado a usar PostgreSQL, MySQL,
Oracle, etc)
También tenemos experiencia con datos MLHIM en un clúster
MarkLogic NoSQL en la nube
La pequeña naturaleza orientada a documentos dos
datos MLHIM es un ajuste perfecto para bases de datos
documentales como MongoDB y CouchDB
Datos MLHIM en XML pueden ser fácilmente convertidos de
ida y vuelta a JSON para su almacenamiento y/o como una serialización de cambio a través
de REST APIs
NUESTRA VISIÓN DEL FUTURO
Hay intuiciones dentro del mundo de la informática en salud sobre la insuficiencia de los REM convencionales para recopilar datos fiables en el punto de atención
El verdadero Big Data en salud vendrá de aplicaciones de propósito específico modeladas por los expertos en el dominio
El soporte de hardware de opción para esas aplicaciones es la informática móvil
La otra fuente de Big Data en salud vendrá de la Internet de las Cosas
Todos los datos que sean compatible a MLHIM participarán en un ecosistema de informaciones de salud semánticamente interoperable
GRACIAS!
/mlhim2
http://gplus.to/MLHIMComm
@mlhim2
https://www.youtube.com/user/MLHIMdotORG