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

1. Tecnologie su base semantica e Ubiquitous computing
per il supporto alle decisioni in ambito ospedaliero
Michele Ruta Crescenzio Scioscia
Politecnico di Bari Policlinico di Bari
SMAU Business 2010
10-11 febbraio 2010 - Bari, Fiera del Levante
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 1 / 19

2. Sommario
Indice
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 2010 - Bari 2 / 19

3. Sommario RFID nel settore sanitario
Radio Frequency IDentification - identificazione a
radiofrequenza
La tecnologia RFID ` sempre pi` adottata in molte aree
e u
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 ` identificato da un codice numerico univoco
e
memorizzato nel tag
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 3 / 19

4. Sommario RFID nel settore sanitario
RFID in ambito sanitario: stato dell’arte
Progressi della logistica applicati alle attivit` ospedaliere
a
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 2010 - 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
Necessit` di un complesso addestramento del personale
a
Alterazione dei processi (workflow) per le attivit` ospedaliere
a
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 2010 - Bari 5 / 19

6. Soluzione proposta Obiettivi e strumenti
Obiettivi
Ampliare i benefici delle attuali soluzioni RFID in ambito ospedaliero
con funzionalit` di supporto alle decisioni nella gestione delle terapie
a
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 2010 - Bari 6 / 19

7. Soluzione proposta Obiettivi e strumenti
Strumenti
Formalismi per la rappresentazione della conoscenza
machine-understandable (derivati dal Semantic Web) per descrivere
entit`: pazienti, personale, farmaci, attrezzature
a
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 2010 - Bari 7 / 19

8. Soluzione proposta Dettagli tecnologici
Architettura del sistema
Il sistema gestisce tutti i posti-letto di un reparto ospedaliero
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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 2010 - 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 utilit`
a
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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
Et` del paziente
a
Gravit` delle condizioni del paziente (in scala OMS-ICF)
a
Incidenza degli effetti avversi dei farmaci
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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 ICF
Informazioni cliniche sul paziente International Classification of
Informazioni generali (e.g. sesso) Functioning, Disability and Health:
schema promosso dall’Organizzazione
Storia clinica
Mondiale della Sanit` per misurare i
a
Descrizioni dei farmaci livelli di salute e disabilit` nella pratica
a
Classe terapeutica clinica ed epidemiologica, nelle
Effetti avversi specifici statistiche, nelle politiche sociali e nella
ricerca.
Attributi contestuali extra-logici
Et` del paziente
a
Gravit` delle condizioni del paziente (in scala OMS-ICF)
a
Incidenza degli effetti avversi dei farmaci
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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 Valutazione statistica della frequenza di
effetti avversi gravi, come certificati
Classe terapeutica dagli organismi nazionali per la
Effetti avversi specifici regolamentazione farmaceutica
Attributi contestuali extra-logici
Et` del paziente
a
Gravit` delle condizioni del paziente (in scala OMS-ICF)
a
Incidenza degli effetti avversi dei farmaci
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - 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 2010 - Bari 13 / 19

23. Prototipo del sistema
Controllo d’accesso: autorizzato
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 14 / 19

24. Prototipo del sistema
Controllo d’accesso: autorizzato
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 14 / 19

25. Prototipo del sistema
Controllo d’accesso: autorizzato
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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 2010 - Bari 15 / 19

27. Prototipo del sistema
Scoperta degli effetti avversi
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 16 / 19

28. Prototipo del sistema
Scoperta degli effetti avversi
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 16 / 19

29. Prototipo del sistema
Ranking delle opzioni terapeutiche
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - Bari 17 / 19

30. Prototipo del sistema
Ranking delle opzioni terapeutiche
M. Ruta, C. Scioscia Semantica e ubiquitous computing in ambito ospedaliero SMAU Business 2010 - 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 2010 - 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 2010 - Bari 19 / 19