Integrating the home and the professional care environments through standards: a prototype for tDCS home monitoring

Current electronic health record (EHR) systems mainly manage and store health data and document related to the time the patient is in the hospital. The main objective of this PhD project is to include into the patient’s EHR data generated and acquired in the domestic environment, thus allowing the safe and reliable exchange of such data among clinicians, caregivers, and patients, according to a newly developed protocol for mobile applications. Currently, the “Healthcare Information Exchange” (HIE) movement promotes the integration among different enterprises allowing document exchange by the adoption of established standards like HL7 and HL7-CDA Rel. 2.0 (Clinical Document Architecture of Health Level 7). Even though the HIE and the priorities published by the AMA (American Medical Association) envisage the communication between patient’s systems and professional EHR systems, available standards are not ready to support such functionalities. To achieve such integration, it is necessary to (1) investigate to what extent the existing protocols suffice for the needs of the patients; (2) design a specific architecture for the data exchange between patient’s mobile applications and professional EHR systems; (3) provide a proof-of-concept of such integration. This work addresses all these issues by: (1) studying how the HL7-CDA 2 protocol needs to be amended in order to map all the attributes needed from the patient side, taking into deep consideration also security aspects; (2) defining an architecture and setting up an information protocol for an innovative integrated system to exchange information between the home care and the professional environments, in accordance to international standards and recommendations; (3) developing a use-case based proof-of-concept of this architecture in order to manage the patient treated with transcranial direct current stimulation (tDCS) at home. The main scientific output of this thesis is to propose an adjustment of the current HL7 protocol, to include the cases in which the patient is involved into the integrated health care process through a mobile application, taking into consideration not only the technical point of view but also issues regarding access to health personal records. To do so, the thesis describes a prototype of EHR/mobile app integration devoted to the monitoring of patients affected by depression or chronic pain treated at home with transcranial direct current stimulation (tDCS). The innovative aspect of this integrated system is the use of a new template of HL7 document that is used to exchange information between the EHR (clinician side) and the mobile app (patient’s side). 5 The results of this project provide the basis for a new integrated care communication protocol that currently does not exist but is needed to prompt integrated health. The current thesis describes a trail use of the protocol that can be considered an example to guide standard initiatives, like HL7, in including use cases where the empowered patient and caregiver are involved into integrated health care process. This research activity cannot be carried out by other stakeholders, like vendors, because their corporate aims cannot guarantee the necessary national and international interoperability level.

I sistemi di gestione delle cartelle cliniche elettroniche (EHR) attualmente in uso consentono solo la gestione e l’archiviazione dei dati clinici riguardanti lo stato di salute del paziente in ospedale. Il principale obiettivo di questo progetto di dottorato è la possibilità in includere nella EHR del paziente anche dati clinici generati ed acquisiti in ambiente domestico al fine di consentire lo scambio di questi dati tra il paziente, il caregiver ed i clinici di riferimento utilizzando un nuovo protocollo di comunicazione dedicato alle applicazioni mobile. Ad oggi, il movimento denominato “Healthcare Information Exchange” (HIE) promuove l’integrazione tra differenti strutture ospedaliere consentendo lo scambio della documentazione clinica mediante l’utilizzo di riconosciuti standards, come HL7 e HL7-CDA Rel. 2.0 (Clinical Document Architecture of Health Level 7). Anche se sia HIE sia le priorità recentemente pubblicate dall’associazione americana dei medici (AMA) immaginano già una comunicazione diretta tra le tecnologie utilizzate dal paziente ed i sistemi di gestione delle EHR, ad oggi non sono disponibili standard in grado di supportare questa funzionalità. Al fine di realizzare tale integrazione si ritiene necessario: (1) indagare come sia possibile estendere gli attuali protocolli di comunicazione per soddisfare le esigenze del paziente fuori dall’ambiente ospedaliero; (2) progettare un’architettura specifica per lo scambio di dati tra applicazioni mobile utilizzate dal paziente ed i sistemi di gestione EHR utilizzati dai clinici in ospedale; (3) realizzare un prototipo della suddetta integrazione. Il presente lavoro di ricerca affronta tutte queste problematiche mediante: (1) lo studio di come modificare l’attuale protocollo HL7-CDA2 al fine di mappare tutti gli attributi necessari per la gestione dei dati raccolti in un ambiente non ospedaliero, tenendo in considerazione tutti gli aspetti inerenti la sicurezza; (2) la progettazione dell’architettura di un innovativo sistema integrato e la definizione di un nuovo protocollo di comunicazione, basato sulle attuali normative internazionali e dedicato allo scambio di informazioni tra l’ambiente ospedaliero e l’ambiente di cura domiciliare; (3) la realizzazione di un prototipo del suddetto sistema integrato per il supporto dei pazienti sottoposti a trattamenti domiciliari di tDCS ( stimolazione transcranica a corrente continua) come primo caso d’uso. Il principale risultato scientifico di questa tesi di dottorato è la proposta di modifica dell’attuale protocollo HL7 per poter esser applicato anche nei casi in cui il paziente ed il caregiver sono coinvolti attivamente in un percorso di cura integrato utilizzando una semplice applicazione mobile. Tale modifica tiene in considerazione non solo problematiche tecniche ma anche questioni riguardanti l’accesso ai dati clinici del paziente. Al tal fine la tesi descrive il prototipo del sistema di integrazione tra applicazioni mobile e cartelle cliniche elettroniche (EHR) per il monitoraggio da remoto dei pazienti affetti da depressione o dolore cronico e perciò sottoposti ad un trattamento domiciliare di tDCS. L’aspetto innovativo di questo sistema integrato è l’utilizzo di un nuovo template di documento clinico basato sullo standard HL7 ma utilizzato per lo scambio di informazioni cliniche tra un sistema EHR (utilizzato dal clinico in ospedale) e un’applicazione mobile (utilizzata a casa dal paziente e dal caregiver). Il risultato di questo progetto mette le basi ad un nuovo protocollo di comunicazione per un sistema di cura integrato che ad oggi non esiste ma che risulta esser necessario per consentire la cura del paziente anche a casa. La tesi descrive un esempio di utilizzo di questo innovativo protocollo nella speranza di guidare future iniziative a livello normativo, come HL7, al fine di regolamentare lo scambio di documenti clinici anche in scenari d’uso in cui il paziente e il caregiver sono attivamente coinvolti in un processo di cura domiciliare. Tale ricerca non può esser condotta dai stakeholders del settore perché la loro mission non può garantire il necessario livello di interoperabilità sia a livello nazionale che internazionale.