Development and testing of a vocal interactive Amazon Alexa skill for medication adherence support

The problem of medication adherence represents a major global challenge for the healthcare system. Studies show that, on average, one in two patients with a chronic disease does not take some or all of their prescribed medication correctly. If we add to this the fact that non-adherence increases with the number of drugs prescribed and that understanding the prescription remains a problem in many cases, the scenario becomes dramatic. The causes associated with non-adherence are varied; consequently, solutions to address this issue are evolving along with different approaches, such as the application of persuasive strategies aimed at changing behaviour in case of intentional and unintentional non-adherence. The advent of technology also offers great potential in healthcare, and digitisation has made possible a rethinking of the role of the patient, who assumes a central profile in self-management. Technology has supported the development of solutions capable of connecting doctors and patients, guaranteeing remote monitoring. While the empowerment of patients means considerable progress, it also means sizeable active participation in the tasks they have to perform. State of the art is full of solutions integrating technological potential, persuasion systems and remote monitoring: smart blisters, electronic pill bottles, as well as fully digital solutions such as smartphone applications for treatment planning and notification tools for intake or voice assistants for primary adherence support. The research conducted in this thesis aims at realizing a framework able to fit into this context of use, i.e. allowing both the monitoring of adherence through voice technology with the supervision of an authoritative entity, guaranteeing the user the least possible burden to make the system transparent and functional. It was achieved by adding a new module to the IntakeCare platform, an apparatus for managing the treatment plan and remote adherence monitoring. A voice interface was created on Amazon's Alexa device to manage, help and guide the patient in planning and the observance of their treatment pathway. The module's design was based on research into strategies and persuasion models that could lead to behavioural change, specifically to correct incorrect adherence. Strategies were implemented to promote the primary task, enhance the dialogue and the credibility of the system. The platform's architecture is based on the three-tier model; the database, the backend and the frontend, consisting of a voice interface for patients and a web application for doctors, were developed in parallel by several people in the IntakeCare team. Security, archiving, and data presentation logic were implemented. The module foresees that the doctor enters the medicines to be taken by the patients via the web application. It has a twofold reason: to limit misunderstandings about medication instruction and to relieve the subjects of the input task. This thesis focused on the patient interface to develop an application named CareVoice for Amazon Alexa voice devices, which aims to solve the problem of non-adherence by offering support for the management of the treatment plan. This technology, being directly linked to the web application used by the doctor, allows users to configure their prescribed treatments through simple steps that ensure they receive notification reminders when their medication is scheduled, with the possibility of confirming their intake. By processing this data, it is possible to report quantitative and detailed information on adherence both to the doctor, for supervision purposes, and to the patients, for richer insight into their progress. The voice interface was tested on seven volunteers for a trial period of one week. All participants demonstrated the ability to complete the test by using the device correctly. Following the trial period, the system was evaluated from the perspective of usability using a semi-structured interview submitted to all participants, who expressed overall good opinions on the developed technology.

Il problema dell’aderenza ai farmaci rappresenta una notevole sfida globale per il sistema sanitario. Gli studi evidenziano che in media un paziente ogni due affetti da malattia cronica non assume correttamente parte o l’interezza delle medicine prescritte. Se a questo aggiungiamo che la non aderenza aumenta all’aumentare del numero di farmaci prescritti e che la comprensione delle prescrizioni mediche rimane un problema in molti casi, lo scenario assume connotati drastici. Le cause associate alla non aderenza sono svariate e di conseguenza le soluzioni che mirano a risolvere questa problematica si stanno evolvendo seguendo diversi approcci come l’applicazione di strategie persuasive mirate al cambiamento del comportamento in caso di non aderenza intenzionale e non intenzionale. L’avvento della tecnologia anche in ambito sanitario offre una grande potenzialità e la digitalizzazione ha permesso di ripensare al ruolo del paziente, che assume un profilo centrale nell’autogestione. La tecnologia ha supportato lo sviluppo di soluzioni capaci di connettere medici e pazienti, garantendo il monitoraggio anche da remoto. Se da una parte l’emancipazione dei pazienti significa un notevole progresso, dall’altra significa anche forte partecipazione attiva nei compiti che devono svolgere. Lo stato dell’arte è ricco di soluzioni che integrano potenzialità tecnologiche, sistemi di persuasione e monitoraggio da remoto: smart blister, electronic pill bottles, ma anche soluzioni completamente digitali come applicazioni per smartphone per la programmazione delle terapie e con strumenti di notifica per l’assunzione o assistenti vocali per il supporto nell’aderenza primaria. La ricerca condotta in questa tesi mira alla realizzazione di un framework capace di inserirsi in questo contesto di utilizzo, che permetta cioè sia il monitoraggio dell’aderenza attraverso la tecnologia vocale, con la supervisione di un’entità autorevole, garantendo all’utente il minor numero di oneri possibili in modo da rendere il sistema trasparente e funzionale. L’obiettivo è stato raggiunto attraverso l’inserimento di un nuovo modulo alla piattaforma di IntakeCare, un sistema volto alla gestione del piano terapeutico e al controllo remoto dell’aderenza. È stata realizzata un’interfaccia vocale sul device Alexa di Amazon in grado di gestire, aiutare e guidare il paziente nella programmazione e nel rispettare il proprio percorso terapeutico. Il design del modulo si è avvalso di una ricerca sulle strategie e i modelli di persuasione che potessero portare al cambiamento di un comportamento, di correggere nello specifico quello della scorretta aderenza. Sono state implementate strategie di supporto al compito primario, al dialogo e alla credibilità del sistema. L’architettura della piattaforma si basa sul modello three-tier; sono stati sviluppati parallelamente da più persone nel team di IntakeCare il database, il backend ed il frontend, composto da interfaccia vocale destinata ai pazienti e applicazione web pensata per i medici. Sono state implementate logiche di sicurezza, di archiviazione e di presentazione dei dati. Il modulo prevede che sia il medico ad inserire tramite applicazione web le medicine che devono assumere i pazienti, al fine di limitare le incomprensioni e anche di alleggerire di questo compito i soggetti. Questa tesi si è concentrata sull’interfaccia per il paziente, per sviluppare un’applicazione, dal nome CareVoice, per dispositivi vocali Amazon Alexa, che ha lo scopo di risolvere il problema della non aderenza offrendo un supporto per la gestione del piano terapeutico. Questa tecnologia, essendo direttamente collegata all’applicazione web usata dal medico, permette agli utenti di configurare i trattamenti prescritti attraverso semplici passaggi che garantiscono la ricezione di promemoria di notifica al momento in cui i farmaci sono programmati, con la possibilità di confermarne l’assunzione. Elaborando quindi questi dati, è possibile riportare informazioni quantitative e dettagliate relative all’aderenza sia al medico, con lo scopo di supervisione, che ai pazienti stessi, per una più ricca informazione sul loro percorso personale. L’interfaccia vocale è stata testata su 7 volontari per un periodo di prova di 1 settimana. Tutti i partecipanti hanno dimostrato capacità nel portare a termine il test, utilizzando correttamente il dispositivo. A seguito del periodo di prova il sistema è stato valutato sotto il punto di vista dell’usabilità tramite un’intervista semi-strutturata sottoposta a tutti i partecipanti che hanno espresso nel complesso buone opinioni sulla tecnologia sviluppata.