Aproximación Centrada en la Arquitectura y Basada en Ontologías para la Interoperabilidad entre Dominios de los Sistemas de Información para el cuidado de la Diabetes

PhD. Gustavo Andrés Uribe Gómez
PhD. Diego Mauricio López
PhD. Bernd Blobel

University of Regensburg

Introduction

El Reto de la Interoperabilidad

Trabajos Relacionados

EHR, PHR and DSS

interoperability

(Booker and Trabulsi, 2009; Fahey, 2012; Osborn et al., 2010; Quinn et al., 2011; Schnipper et al., 2012; Wake and Cunningham, 2013; Santana, 2013)

Trabajos Relacionados

Semantic Interoperability

(Chungoora et al., 2013; Heywood et al., 2011; Sonsilphong and Arch-int, 2013; Tessier, 2011)

Trabajos Relacionados

Ontology-based systems

(Tessier, 2013; Archer et al. 2011; Sonsilphong et al., 2013, Snyder et al. 2013)

Trabajos Relacionados

Architecture-centric approach

(Oemig F and Blobel B., 2011; Health Level 7 International, 2013; Blobel B., Goossen W, Brochhausen M., 2012; Lopez DM and Blobel B, 2009)

Trabajos Relacionados

No existe una propuesta que incluya todos los siguientes elementso:

Consideración de la interoperabilidad entre dominios
Consideración de la arquitectura del sistema
Adherencia a politicas y guías
Soporte a la toma de decisiones
Manejo de conocimiento
- Formalización de conocimiento
- Capacidad de realizar inferencia
Flexible y adaptable
- A nuevos actores
- A nuevas reglas o nuevo conocimiento

Metodología

Generic Component Model - GCM

(B.Blobel, 2012)

Generic Component Model - GCM

(B.Blobel, 2012)

Generic Component Model - GCM

(B.Blobel, 2012)

Generic Component Model - GCM

(B.Blobel, 2012)

RM - ODP

Modelado de Procesos de Negocio

Business Process Modeling Notation (BPMN)

Notación gráfica
Permite representar elementos independientes a la computación
Estandarizado

Lenguajes Formales para Describir Reglas y Políticas

SPARQL Inference Notation (SPIN)

Compatible con OWL y RDF
Estandarizado (Basado en RDF)
Provee un entorno integrado de desarrollo

Arquitectura Genérica para un Sistema Adaptativo, Interoperable e Inteligente para el Cuidado de la Diabetes Mellitus Tipo 2

Uribe, G. A., B. Blobel, D. M. López, and S. Schulz. "A generic architecture for an adaptive, interoperable and intelligent type 2 diabetes mellitus care system." Studies in health technology and informatics 211 (2015): 121. Categoria Colciencias A2

Modelo Genérico

Representación del Dominio Médico

14-1

Representación del Dominio de las Políticas

14-2

Representación del Dominio de los Recursos

14-3

Representación de las Relaciones Entre Dominios

15-1

Representación del Dominio Médico en UML

15-2

Representación del Dominio de Política en UML

15-3

Representación del Dominio de Recursos en UML

Representación Ontológica

Descripción de los Procesos

Descripción de los Procesos - Nivel de Servicios

18-1

Descripción de Procesos - Nivel de Disciplinas

18-2

Descripción de Procesos - Nivel de Tareas

18-3

Especializando Arquitecturas para Casos de Uso en el Cuidado de la Diabetes Tipo 2 con un Enfoque en el Manejo de Procesos

Uribe, G. A., B. Blobel, D. M. López, and A. A. Ruiz. "Specializing architectures for the type 2 diabetes mellitus care use cases with a focus on process management." Studies in health technology and informatics 211 (2015): 132. Categoría Colciencias A2.

Selección del Caso de Uso

Lifestyle intervention

Pharmacological intervention

Dominio Médico en el GCM

21-1

Dominio de Políticas en GCM

21-2

Dominio de Recursos en GCM

21-3

Relaciones Entre Dominios

22-1

Dominio Medico en UML

22-2

Dominio de Políticas

22-3

Dominio de Recursos

Disciplinas en el Control Glucémico

23-1

Servicio de Observación Médica

23-2

Proceso de Examinación Médica

23-3

Alerta por Hiperglucemia

CONSTRUCT {
    ?id btl2:isPartOf ?patientLife .
    ?id btl2:hasCondition ?id .
    ?id a dm2co:Hyperglycemia .
    ?id a dm2co:MedicalAlert .
    ?id rdfs:label ?cause_type_en .
    ?id rdfs:label ?cause_type_es .
    ?this btl2:represents ?id .
}
WHERE {
    ?patient btl2:isBearerOf ?blood_glucose .
    ?patient btl2:hasLife ?patientLife .
    ?this btl2:represents ?blood_glucose .
    ?blood_glucose a dm2co:BloodGlucoseConcentration .
    ?this dm2co:hasValueIn_mg_dL ?value .
    FILTER ((?value >= 200.0) && (?value < 300.0)) .
    OPTIONAL {
        ?clonAlert a dm2co:MedicalAlert .
        ?this btl2:represents ?clonAlert .
    } .
    FILTER (!bound(?clonAlert)) .
    BIND (STRLANG("hyperglycemia medical alert", "en") AS ?cause_type_en) .
    BIND (STRLANG("alerta médica por hiperglucemia", "es") AS ?cause_type_es) .
    BIND (IRI(fn:concat("http://purl.org/unicauca/dm2co#", STRUUID())) AS ?id) .
}

24-1

Política de Seguridad del Paciente

# if physical examination is planned then handwashing is planned before
CONSTRUCT {
    ?this btl2:hasPart _:b0 .
    _:b0 a bpmn:SequenceFlow .
    _:b0 btl2:hasComponentPart _:b1 .
    _:b1 a bpmn:SequenceFlow_Target .
    _:b1 btl2:represents ?physical_examination_plan .
    _:b0 btl2:hasComponentPart _:b2 .
    _:b2 a bpmn:SequenceFlow_Source .
    _:b2 btl2:represents _:b3 .
    _:b3 a dm2co:HandwashingPlan .
}
WHERE {
    ?this btl2:hasPart ?physical_examination_plan .
    ?physical_examination_plan a  dm2co:PhysicalExaminationPlan .
}

24-2

Implementación

Métodos de Implementación

MDA

- Lógica hard-coded

- Semántica débil

- Transformaciones dependientes a modelos

+ Modelos independientes a la computación

+ Modelado de comportamiento

25-1

Métodos de Implementación

Web Semántica

- Dificultad para modelar el comportamiento

+ Modelos independientes de la computación

+ Capacidades de inferencia

26-2

Métodos de Implementación

Hibrido

+ Capacidades de inferencia

+ Modelos independientes a la computación

+ Modelado de comportamiento

+ Aproximación centrada en la arquitectura

26-3

Proceso de Implementación

Vista Empresarial

Vista de Información

Vista Computacional

Technical, Structural and Syntactical
Semantic
Organizational/Service

(Blobel [changed])

Vista Computacional

Vista de Ingeniería

Vista de Tecnología

Escenario de Prueba

Capturas

Evaluación

Experimento Piloto

Controla la ejecución de los procesos de salud acorde las políticas y guías médicas nacionales.
Soporta los actores en los procesos de toma de decisiones
Mapea la información considerando las cualidades heterogéneas de los actores.

El software provee interoperabilidad en al menos estas maneras:

Diseño Experimento Piloto

Experimento Piloto - Hipotesis

The efficiency of the system's recommendation, measured through the F-measure, is higher than 0.71 using as gold standard the suggestions provided by an internist.

The threshold of 0.71 corresponds with the F-measure average of the algorithms C4.5 and CART evaluated for the diagnosis of diabetes

D. Senthil Kumar, G. Sathyadevi, and S. Sivanesh, “Decision Support System for Medical Diagnosis Using Data Mining,” International Journal of Computer Science Issues 8, no. 3 (2011): 147–53.

Resultados

Conclusions

Usar el GCM facilita la constrcción de la arquitectura de un sistema
El uso de ontologías de nivel superior y de ontologías estandarizadas facilita la armonización entre dominios.
La metodología usada facilita la reusabilidad de componentes.
La metodología permite diseñar sistemas que usan el conocimiento de expertos, para sustituirlos o asistirlos.

Trabajo Futuro

Mejorar la evaluación
Implementar el mapeo de los modelos de información
Implementar la transformación automática de lenguajes
Automatizar la composición de planes y el descubrimiento de servicios
Desarrollar un framework para el método propuesto

¡¡Gracias!!

¿¿Preguntas??