Tecnologie su base semantica e Ubiquitous computing per il supporto alle decisioni in ambito ospedaliero

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1 Tecnologie su base semantica e Ubiquitous computing per il supporto alle decisioni in ambito ospedaliero Michele Ruta Politecnico di Bari Crescenzio Scioscia Policlinico di Bari SMAU Business febbraio Bari, Fiera del Levante M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 1 / 19

2 Indice Sommario 1 Sommario RFID nel settore sanitario Supporto alle decisioni in ambito ospedaliero 2 Soluzione proposta Obiettivi e strumenti Dettagli tecnologici 3 Prototipo del sistema 4 Conclusioni M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 2 / 19

3 Sommario RFID nel settore sanitario Radio Frequency IDentification - identificazione a radiofrequenza La tecnologia RFID è sempre più adottata in molte aree d applicazione per fornire identificazione tracciamento Componenti di una soluzione RFID etichette elettroniche (tag) applicate agli oggetti lettori radio (reader) installati sul campo una infrastruttura informatica di supporto per la raccolta e l elaborazione dei dati Ogni oggetto è identificato da un codice numerico univoco memorizzato nel tag M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 3 / 19

4 Sommario RFID nel settore sanitario RFID in ambito sanitario: stato dell arte Progressi della logistica applicati alle attività ospedaliere Pazienti, personale ed attrezzature dotati di etichette RFID e tracciati Lettori RFID integrati con il sistema informativo ospedaliero Benefici Automatizzazione delle verifiche di autorizzazione protezione Prevenzione degli errori umani sicurezza Riduzione dei tempi di risposta in situazioni d emergenza Miglioramento della efficienza di allocazione delle risorse M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 4 / 19

5 Sommario Supporto alle decisioni in ambito ospedaliero Supporto alle decisioni in ambito ospedaliero Soluzioni attuali Sistemi CPOE (Computerized Physician Order Entry) Sistemi esperti e sistemi basati su regole Limiti Necessità di un complesso addestramento del personale Alterazione dei processi (workflow) per le attività ospedaliere Inserimento dati manuale soggetto ad errori Handler, et al., Academic Emergency Medicine, vol. 11, 2004 Decision support is highly effective when it is automatic and seamless. M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 5 / 19

6 Soluzione proposta Obiettivi e strumenti Obiettivi Ampliare i benefici delle attuali soluzioni RFID in ambito ospedaliero con funzionalità di supporto alle decisioni nella gestione delle terapie prevenendo errori nella somministrazione di farmaci automatizzando l immissione dei dati e la ricerca di conoscenza nel corso dei consueti workflow Consentire che informazioni complesse e non ambigue riguardo alle condizioni e alla storia clinica del paziente lo seguano in ogni contesto terapeutico (ospedale, ambulanza, centro di riabilitazione, casa) Favorire applicazioni innovative nella telemedicina (monitoraggio pervasivo permanente) Dotare di una semantica rigorosa i dati sanitari raccolti per mezzo di tecnologie di Ubiquitous computing, per facilitare successive analisi M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 6 / 19

7 Soluzione proposta Obiettivi e strumenti Strumenti Formalismi per la rappresentazione della conoscenza machine-understandable (derivati dal Semantic Web) per descrivere entità: pazienti, personale, farmaci, attrezzature processi: ammissione, diagnosi, somministrazioni,... Tecnologie RFID estese con il supporto alla semantica per disseminare conoscenza nell ambiente automatizzare l immissione e il reperimento di informazioni nel sistema informativo ospedaliero Protocolli wireless leggeri per reti mobili ad-hoc (MANET) per integrare RFID semantico nelle infrastrutture di calcolo fisse (e.g. ospedale) o mobili (e.g. ambulanza) Servizi di inferenza basati sulla logica per fornire supporto alle decisioni al personale sanitario sfruttando la conoscenza estratta via RFID M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 7 / 19

8 Architettura del sistema Soluzione proposta Dettagli tecnologici Il sistema gestisce tutti i posti-letto di un reparto ospedaliero M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 8 / 19

9 Soluzione proposta Dettagli tecnologici Estensione di RFID con il supporto alla semantica Caratteristiche Descrizione dell oggetto annotata su base semantica memorizzata all interno del suo tag RFID Ricerca basata sulla semantica di oggetti di interesse in reti wireless, senza un infrastruttura di back-end Gli oggetti si auto-descrivono in qualsiasi ambiente RFID si trovino Soluzioni tecnologiche fondamentali Leggera estensione della memoria dei tag per memorizzare un annotazione semantica e attributi quantitativi Uso backward-compatible del protocollo EPCglobal UHF Gen-2 per leggere/scrivere il contenuto dei tag Accordo sulle ontologie di dominio basato su codici numerici per identificare diverse categorie di oggetti Servizio EPCglobal ONS (Object Naming Service) per il supporto alle ontologie Algoritmo di compressione per ridurre la lunghezza delle annotazioni in formalismo semantico M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 9 / 19

10 Soluzione proposta Dettagli tecnologici Matchmaking in Logica Descrittiva Matchmaking basato sulla logica Linguaggi per la rappresentazione della conoscenza sviluppati per il Semantic Web basati sulle Logiche Descrittive (Description Logics, DL) Uso di ragionatori in DL per l inferenza automatizzata di nuova informazione Formato di riferimento: DIG 1.1 (variante sintattica compatta di OWL-DL) Assunzione di mondo aperto Servizi di inferenza non-standard in DL per la scoperta dei rischi terapeutici e il ranking di diverse terapie: Concept Contraction [Colucci et al., DL 03] e Concept Abduction [Di Noia et al., IJCAI, 2003] Il risultato del match basato sulla semantica viene combinato con attributi contestuali da una funzione di utilità M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 10 / 19

11 Soluzione proposta Dettagli tecnologici Modellazione della conoscenza per il supporto alle decisioni Ontologia di dominio strutturata in 1 Anatomia: tassonomia di strutture e sistemi del corpo umano 2 Tassonomia delle classi di terapie con principali effetti avversi 3 Tassonomia delle patologie legate a: strutture corporee affette principali tipi di terapie Informazioni cliniche sul paziente Informazioni generali (e.g. sesso) Storia clinica Descrizioni dei farmaci Classe terapeutica Effetti avversi specifici Attributi contestuali extra-logici Età del paziente Gravità delle condizioni del paziente (in scala OMS-ICF) Incidenza degli effetti avversi dei farmaci M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 11 / 19

12 Soluzione proposta Dettagli tecnologici Modellazione della conoscenza per il supporto alle decisioni Ontologia di dominio strutturata in 1 Anatomia: tassonomia di strutture e sistemi del corpo umano 2 Tassonomia delle classi di terapie con principali effetti avversi 3 Tassonomia delle patologie legate a: strutture corporee affette principali tipi di terapie Informazioni cliniche sul paziente Informazioni generali (e.g. sesso) Storia clinica Descrizioni dei farmaci Classe terapeutica Effetti avversi specifici Attributi contestuali extra-logici Età del paziente ICF International Classification of Functioning, Disability and Health: schema promosso dall Organizzazione Mondiale della Sanità per misurare i livelli di salute e disabilità nella pratica clinica ed epidemiologica, nelle statistiche, nelle politiche sociali e nella ricerca. Gravità delle condizioni del paziente (in scala OMS-ICF) Incidenza degli effetti avversi dei farmaci M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 11 / 19

13 Soluzione proposta Dettagli tecnologici Modellazione della conoscenza per il supporto alle decisioni Ontologia di dominio strutturata in 1 Anatomia: tassonomia di strutture e sistemi del corpo umano 2 Tassonomia delle classi di terapie con principali effetti avversi 3 Tassonomia delle patologie legate a: strutture corporee affette principali tipi di terapie Informazioni cliniche sul paziente Informazioni generali (e.g. sesso) Incidenza degli effetti avversi Storia clinica Descrizioni dei farmaci Classe terapeutica Effetti avversi specifici Attributi contestuali extra-logici Età del paziente Gravità delle condizioni del paziente (in scala OMS-ICF) Incidenza degli effetti avversi dei farmaci Valutazione statistica della frequenza di effetti avversi gravi, come certificati dagli organismi nazionali per la regolamentazione farmaceutica M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 11 / 19

14 Soluzione proposta Dettagli tecnologici Matchmaking per il supporto alle decisioni nella terapia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 12 / 19

15 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

16 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

17 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

18 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

19 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

20 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

21 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

22 Prototipo del sistema Prototipo del sistema Prototipo di letto intelligente realizzato usando IBM WebSphere RFID tracking kit come middleware e simulatore RFID Caso di studio sulle patologie del tessuto connettivo in un reparto di reumatologia M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 13 / 19

23 Prototipo del sistema Controllo d accesso: autorizzato M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 14 / 19

24 Prototipo del sistema Controllo d accesso: autorizzato M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 14 / 19

25 Prototipo del sistema Controllo d accesso: autorizzato M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 14 / 19

26 Prototipo del sistema Controllo d accesso: non autorizzato M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 15 / 19

27 Prototipo del sistema Scoperta degli effetti avversi M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 16 / 19

28 Prototipo del sistema Scoperta degli effetti avversi M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 16 / 19

29 Prototipo del sistema Ranking delle opzioni terapeutiche M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 17 / 19

30 Prototipo del sistema Ranking delle opzioni terapeutiche M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 17 / 19

31 Conclusioni Conclusioni: innovazioni Sistema di supporto alle decisioni basato su Ubiquitous computing tecnologia RFID estesa con il supporto alla semantica MANET per l integrazione di RFID con l infrastruttura informativa ed i processi in ambito ospedaliero Modello generale e formale basato sulla rappresentazione della conoscenza per il supporto alle decisioni in ambito sanitario Supporto nella scoperta delle controindicazioni e nella ricerca delle migliori opzioni terapeutiche M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 18 / 19

32 Conclusioni Conclusioni: evoluzioni future Implementare un testbed con dispositivi fisici e valutare le prestazioni Migliorare il modello del dominio Arricchire le informazioni sul paziente Modellare le interazioni fra terapie concomitanti Estendere ad altre classi di patologie Integrare misure di sicurezza nel protocollo RFID per proteggere i dati sensibili Migliorare l interfaccia utente (in collaborazione con il personale medico) M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business Bari 19 / 19