Búsqueda asistida de evidencia clínica en medicina en Internet utilizando tecnologías middleware

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1 Búsqueda asistida de evidencia clínica en medicina en Internet utilizando tecnologías middleware Autores: Plüss, Jorge a ; Bender, Cristina a ; Deco, Claudia a ; del Pozo, Francisco b ; Hernández, Alejandro a ; Pózzoli, Néstor a ; Simón, José Luis a a Universidad Nacional de Rosario. Argentina. b Grupo de Bioingeniería y Telemedicina. Universidad Politécnica de Madrid. España. RESUMEN A pesar del impacto del acceso electrónico a la literatura científica, la posibilidad de los médicos para mantener actualizados los criterios de diagnóstico y tratamiento de sus pacientes, está muy limitado. Esto es atribuible a la carga de trabajo habitual de la práctica clínica, a la velocidad de crecimiento de los conocimientos en medicina, y esencialmente, a las dificultades que encuentran los médicos en el acceso a literatura compendiada y pertinente a sus objetivos de búsqueda. En este trabajo se presenta un sistema de búsqueda dedicado a facilitar el acceso de los médicos clínicos a los contenidos de información disponibles en los repositorios de literatura científica de acceso electrónico. Adicionalmente, este sistema opera asociado a un contexto clínico específico que contempla: 1. el perfil clínico o estado de un paciente a partir de su historia clínica electrónica, 2. la pertinencia de la información en términos de los interrogantes concretos que son el foco de interés de la consulta que desea realizar el médico clínico. Además, en este sistema de búsqueda sobre Internet, se ha previsto la utilización de una plataforma middleware que incluya tanto las aplicaciones destinadas al propósito específico de la búsqueda, como así también los repositorios de las historias clínicas electrónicas. La definición de servicios middleware esta orientada a la necesidad de integrar la historia clínica electrónica en el sistema de búsqueda, y eventualmente, a contribuir a la interoperabilidad e integración de sistemas de telemedicina que permitan la creación de espacios virtuales para trabajo cooperativo en medicina. ABSTRACT Despite the availability of medical literature has markedly increased in the last years, physi-cians have not improved their ability to keep updated their decision rules for patient care. This problem is caused by the amount of time needed to perform medical practice, by the fast improvement of medical knowledge, and basically by lack of ability of doctors to find relevant bibliographic data for their searching goals. In this paper we describe a searching system de-signed to support information gathering from electronic scientific information databases. Furthermore, this system is capable to perform search tasks related to the clinical profile of an individual clinical case and to specific queries about the case raised by the consulting physi-cian. Besides, a middleware platform has been arranged for this system, including the programs designed to perform the search as well as the clinical records databases. The middleware sup-port is intended to incorporate the clinical record data into the searching system, and eventu-ally to integrate separate telemedicine systems, allowing the development of virtual environ-ments for collaborative work in Medicine. 72 PALABRAS CLAVE Telemedicina, Middleware, Middlecare, KBS, Recuperación de información en la web

2 INTRODUCCIÓN El gran desarrollo de la tecnología informática ofrece a los médicos enormes cantidades de información en forma rápida y a bajo costo. La búsqueda bibliográfica en medios electrónicos debería convertirse en una herramienta de uso cotidiano para la práctica médica actual, ya que existe un considerable aumento en los requerimientos de información que obedece a diversos factores, como ser la necesidad de una constante actualización de conocimientos teóricos y de los criterios de diagnóstico y tratamiento de los pacientes, debido a la rapidez del progreso científico y tecnológico. Además, la existencia en la actualidad de trabajos de investigación científica realizados sobre muestras poblacionales de gran número de casos ha restado valor a la toma de decisiones basada solo en la experiencia personal de los profesionales, que se refiere a una casuística mucho más limitada. Otro factor es el riesgo cada vez mayor de verse enfrentado a una demanda legal por mala praxis, que lleva a los médicos a tratar de respaldar sus decisiones con opiniones de consenso emanadas de expertos prestigiosos. Recuperar información bibliográfica en Internet requiere plantear una estrategia de búsqueda adecuada, que represente la necesidad de información del usuario. Por ejemplo, no tener en cuenta el uso de sinónimos al plantear la búsqueda puede reducir notoriamente el número de documentos a recuperar; o una frase de búsqueda incompleta puede retornar cientos de documentos totalmente fuera del dominio de la aplicación buscada. Las técnicas de recuperación de información no son triviales, en consecuencia hemos pensado que se mejorarían los resultados de las búsquedas si por medio de una interfaz se implementaran estas técnicas sugiriendo la expansión ó restricción semántica y multilingual de los conceptos seleccionados por los médicos, y así lograr la re c u p e r a c i ó n de los documentos que contengan la información pert i- nente (1). Esta es la posible solución, que proponemos en este trabajo con el empleo de un front-end para la búsqueda semiautomatizada de bibliografía médica a part i r de datos extraídos de un re g i s t ro individual de una historia clínica electrónica. El acoplamiento con la historia clínica electrónica tiene como finalidad, la utilización de este sistema de búsquedas con exploraciones asociadas al perf i l de cada paciente que está siendo tratado. Asimismo, esta c i rcunstancia contribuye a soslayar la imposibilidad práctica por parte de los médicos, de mantener actualizados los conocimientos en todos y cada uno de los temas incluidos en el área de su especialidad, circunstancia que está imponiendo la necesidad de una nueva modalidad de trabajo, denominada: actualización just-in-time (2), consistente en la realización de consultas bibliográficas frente a cada caso clínico concreto que se le presenta al médico. El trabajo se organiza de la siguiente forma: en la sección 1 se presenta una descripción del sistema. La sección 2 muestra un ejemplo de caso de uso, la sección 3 presenta la arquitectura de middleware para el sistema tratado en este trabajo. Finalmente en la sección 4 se presentan las conclusiones. 1. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA Historia clínica electrónica El sistema de búsqueda que presentamos ((3), (4)) puede operar con distintos tipos de historias clínicas electrónicas, siempre y cuando, estén estructuradas de manera conveniente. En efecto, la información almacenada en una historia clínica, no solamente puede ser utilizada para el cuidado de los pacientes, sino para otros propósitos tales como llevar a cabo el juicio clínico, hacer investigaciones estadísticas, la facturación, etc. Por consiguiente, la estructura de la historia clínica electrónica (HCE) debe combinar la expresividad de los datos en lenguaje natural y la capacidad de clasificación de los términos normalizados. Nosotros hemos seleccionado un modelo de HCE teniendo en mente, estas características, como así también, el principal propósito de nuestro trabajo: la búsqueda asistida de evidencia clínica en la Web como una ayuda al proceso de decisión médica para un paciente. El modelo de la HCE al que se hace referencia en este trabajo, utiliza el formato establecido por la pre-norma del CEN/TC251 de la Unión Europea. Esta circunstancia obedece al hecho que dicho modelo de historia clínica electrónica, es un continente, cuyos contenidos pueden organizarse con cierta flexibilidad. El diseño del arquetipo de la HCE ha sido desarrollado a partir de las especificaciones que surgieron a través de un proceso de adquisición del conocimiento del cual participaron médicos con probada experiencia en las búsquedas de literatura clínica en Internet, conjuntamente con un grupo de especialistas en documentación y recuperación de la información. Esta actividad ha producido la definición de un arquetipo de la HCE cuyo contenido incluye a los descriptores o términos controlados que puede ser interpretada por la aplicación del front-end, para producir las plantillas de búsqueda asociadas a una determinada estrategia de exploración. Y además ha producido una aplicación con un conjunto de instrucciones para el desarrollo de una HCE que sea interpretable por el front-end. El ejemplo de historia clínica seleccionado para este trabajo está referido a un dominio específico: enfermedad coronaria. Sin embargo, el sistema puede operar indistintamente en búsquedas dentro de cualquier área del conocimiento médico. Hemos clasificado los ítems que conforman las diversas secciones de nuestros modelos de historia clínica en tres categorías: a) Items simples o atómicos: Consisten en elementos simples que no pueden dividirse en datos de menor com- 73

3 74 plejidad, como un hallazgo clínico (T.A. Sistólica = 140); el nombre de un medicamento (atenolol); un síntoma (disnea), etc. Contienen valores numéricos o términos controlados. b) Items en texto libre: Permiten al usuario ingresar información en lenguaje no estructurado, dándole a la historia clínica la expresividad necesaria para una correcta descripción del caso. (Descripción Síntoma = Dolor precordial de esfuerzo de reciente comienzo que calma con nitritos). c) Items globalizadores: Contienen datos complejos que representan hipótesis, decisiones o conclusiones elaboradas por el médico a partir de la evaluación de los datos simples, y que están normalizados a través del uso de un vocabulario controlado (Interpretación ECG = Sobrecarga ventricular izquierda). Cada uno de estos tipos de ítems puede contener la misma información estructurándola de distinta manera, teniendo en cuenta distintas finalidades. Los ítems atómicos son adecuados para tareas tales como elaboración de estadísticas, identificación de casos con determinadas características para su inclusión en grupos de estudios experimentales, facturación, control de costos, evaluación de calidad, etc. Los ítems en texto libre permiten al médico una mayor riqueza de detalles para estudiar un caso clínico individual. Los ítems globalizadores fueron incluidos con el propósito de servir como descriptores para la búsqueda bibliográfica, pero también pueden ser usados con las mismas finalidades que los ítems atómicos. Los ítems simples y el texto libre obviamente no resultan adecuados para servir como descriptores para una búsqueda bibliográfica. En la Figura (1) se observa como ejemplo un informe de una prueba ergométrica de acuerdo a la HCE. En las primeras 5 secciones se muestran ítems atómicos, y en la última sección, denominada INTERPRETACION ERGO- METRIA se muestran tres instancias de un ítem globalizador PEG Tipo de interpretación, y un ítem en texto libre PEG Descripción. Plantilla de búsqueda inicial En la implementación del sistema se trabaja con historias clínicas en XML, estructuradas según un documento XML Schema con un arquetipo estándar. El sistema permite la creación de nuevos arquetipos en XML Schema siempre que respeten la estructura de la norma europea. Las historias clínicas, según el arquetipo, están organizadas jerárquicamente según episodios que le hayan ocurrido al paciente, y abriéndose en subjerarquías de acuerdo a los diferentes datos de los que se disponga. La estructura orientada a objetos y organización jerárquica de los documentos XML permite fácilmente mantener esta organización en los datos al llegar a la implementación. El sistema interpreta las historias XML y las manipula permitiéndole al usuario la creación de la plantilla para la Figura (1): Parte de la HCE según la pre-norma del CEN/TC251 que muestra el informe de una prueba ergométrica. búsqueda, utilizando los datos globalizadores, y su posterior depuración eliminando o agregando conceptos. El sistema presenta a través de un front-end una lista de los ítems globalizadores incluidos en el registro de historia clínica correspondiente al caso que se está analizando. El usuario seleccionará aquéllos que considere relacionados con el tema de la búsqueda. El contenido de los ítems seleccionados pasará a formar parte de una plantilla inicial. A partir de ella el sistema generará la estrategia de búsqueda. En la Figura (2), se visualiza una pantalla del sistema en la cual ya se ha creado una plantilla base utilizando una historia clínica. Como se observa en la mencionada figura, a la derecha se muestra la plantilla creada con d i f e rentes conceptos globalizadores. En la parte izquierd a se le permite al usuario navegar a través de la historia clínica buscando conceptos que desee agregar a la plantilla base. Vocabulario controlado para los ítems globalizadores Los términos que integren la plantilla inicial son un factor de fundamental importancia para el éxito del proceso de búsqueda producido por el sistema. Ya hemos visto que estos términos provienen de los valores ingresados en los ítems globalizadores. Para establecer el tipo de vocabulario a emplear para los ítems globalizadores de nuestros modelos de historia clínica, se decidió como alternativa más ventajosa la creación de un vocabulario controlado de términos complejos. El lenguaje natural es el que da más libertad al usuario

4 para elegir el texto a ingresar. Sin embargo, debemos recordar que este sistema está destinado a usuarios con poca o ninguna capacitación en informática y en técnicas de recuperación de información; por lo tanto, es muy probable que los términos ingresados no sean buenos descriptores para la búsqueda que se intenta. Por otro lado, las terminologías normalizadas que se han propuesto como estándares internacionales son destinadas a múltiples propósitos y a todos los dominios relacionados con la salud. Tienen una gran amplitud pero escasa profundidad para la función de búsqueda bibliográfica dentro de un dominio circunscrito; no se actualizan con la suficiente rapidez para poder incluir los temas más novedosos, que son generalmente los de mayor interés para el consultante que desea actualizar sus conocimientos. Además, la mayoría de estas terminologías no está disponible en idioma español. La construcción de conceptos complejos con estas terminologías requiere la asociación de términos más simples de acuerdo a reglas sintácticas, y obliga al usuario a un importante nivel de capacitación. Expansión semántica y multilingual Para ampliar la cantidad de documentos a recuperar, se analiza y amplía semántica y multilingualmente cada uno de los conceptos ingresados por el usuario. Esta ampliación se efectúa accediendo a tesauros, diccionarios semánticos y diccionarios multilinguales predeterminados (5). En primer lugar se hace una expansión multilingual de cada uno de los conceptos para obtener sus equivalentes en otros idiomas de interés. Estos conceptos traducidos en el nuevo idioma se asocian al concepto original con el operador lógico OR. Para la expansión semántica se utilizan recursos como tesauros y diccionarios semánticos a fin de encontrar tanto conceptos relacionados jerárquicamente como sinónimos ó equivalencias semánticas para cada concepto elegido por el usuario. Estos conceptos expandidos también se asocian al concepto original con el operador lógico OR. La estrategia de búsqueda resultante estará formada por el OR lógico de las expansiones multilinguales y semánticas de cada concepto, y luego el AND lógico de todas estas expansiones. de esfuerzo de carácter progresivo (actualmente grado III). El 25/10/03 se realizó prueba de perfusión miocárdica en esfuerzo y reposo: Carga alcanzada 3 Mets. Detenida por angor y ST. FC máx 105. TA inicial 160/90 a carga máx 210/110. Defecto de perfusión extenso en cara anterior que revierte casi totalmente en reposo. Defecto fijo en parte media de cara inferior. El 11/11/03 se efectuó cinecoronariografía: Obst rucción total de arteria DA en tercio proximal. Puente a la DA ocluido totalmente. Lesión severa (90%) de la CD. Puente a la Cx ocluido. Da circulación colateral a la DA. Ventriculograma: Hipoquinesia anterior extensa y diafragmática. Fracción de eyección moderadamente dism i n u i d a De este modo, la historia clínica en formato electrónico correspondiente a este paciente es la mostrada a la izquierda de la Figura (2), y la plantilla que se le muestra al usuario a partir de esta historia clínica para la búsqueda es la mostrada en la parte derecha de la Figura (2). Los conceptos de interés seleccionados por el usuario son: cirugía bypass coronaria, miocardio en riesgo, y múltiples vasos. Si se expande cada uno de estos conceptos multilingualmente se obtienen términos equivalentes en los idiomas de interés. Por ejemplo para el primero de los conceptos su equivalente en inglés es: coronary bypass surgery. Si se consultan diccionarios semánticos y tesauros, se pueden además ampliar cada uno de los conceptos semánticamente. Por ejemplo, si para el concepto coronary bypass surgery, se consulta el diccionario semántico 2. EJEMPLO DE CASO DE USO Supongamos un usuario médico que desea buscar información sobre la posibilidad de realizar un procedimiento intravascular, y desea saber resultados de cirugía en pacientes con CABG previa, y debe además elegir un tratamiento. La historia clínica del paciente corresponde al siguiente perfil: Paciente de 72 años, sexo masculino, hipertenso, con antecedente de cirugía de bypass coronario hace 12 años (Puente safeno a la DA y Cx). Permaneció asintomático hasta hace 5 meses cuando comenzó con dolor anginoso Figura (2):Plantilla base mostrada al usuario para búsqueda de información utilizando la historia clínica de un paciente según la pre-norma del CEN/TC

5 76 Figura (3):Arquitectura de middleware para el sistema de búsqueda de literatura clínica. WordNet (6), se obtienen los términos CABG y coronary artery bypass graft. Y si se consulta el tesauro MeSH de la base de datos Medline (7), se obtienen además el término coronary artery bypass. Realizando este procedimiento para cada uno de los conceptos restantes, la estrategia resultante de búsqueda es: (cirugía bypass coronaria OR coronary bypass surgery OR CABG OR coronary artery bypass graft OR coronary artery bypass) AND (miocardio en riesgo OR myocardium at risk OR myocardial jeopardy OR jeopardized myo-cardium) AND (múltiples vasos OR multiple vessel OR multiple vessels OR two-vessel) Esta estrategia es enviada a las fuentes elegidas por el usuario, por ejemplo a buscadores como Ya h o o! (www.yahoo.com) y a bases de datos como Medline, y los resultados son presentados al usuario. 3. ARQUITECTURA DE MIDDLEWARE PARA EL SISTEMA DE BÚSQUEDA DE LITERATURA CLÍNICA El contexto en que se implanta un sistema de las características aquí presentadas, está franqueado por una serie de factores de suma importancia. Así, la distribución inherente a las fuentes de información, la diversidad de representaciones de esta información y el alcance global que impone la búsqueda de fuentes bibliográficas que respalden las evidencias clínicas, exigen que el sistema sea capaz de implantarse en un contexto de alta distribución, heterogeneidad y alcance global. Estas condiciones conforman un contexto arquitectural que sólo puede ser satisfecho dotando al diseño de una infraestructura de middleware que brinde los servicios de interoperación, localización, transporte e invocación remota requeridos. Entre las posibles alternativas, en este trabajo se ha elegido la arquitectura de Web Services (WS). Esta elección obedece a que los WS permiten mejorar cualitativamente la tarea de integración de aplicaciones, y está basada en la semántica de los servicios por sobre la semántica de los protocolos de red. Finalmente, dado que la seguridad y privacidad de datos y aplicaciones es una condición sine qua non en aplicaciones del carácter de la aquí descrita, las características de confidencialidad, autorización, integridad de datos y pru e- ba de origen (no repudiación) que ofrece la infraestru c t u r a de WS, combinada con la seguridad extremo a extre m o brindada por capas inferiores del modelo, tales como SSL (Secure Sockets Lay e r) e IPSec (IP Security) permiten conf o rmar un modelo de aplicación seguro y port a b l e. A fin de enmarcar el diseño de las aplicaciones en un modelo arquitectural seguro, extensible y adaptado a los requerimientos mencionados, se optó por formular un diseño en tres capas (8), separando incumbencias como se indica en la Figura (5). La separación de funcionalidades en tres capas responde a un patrón de diseño arquitectural ampliamente adoptado en la industria, en particular desde la masificación de aplicaciones centradas en la Web. Las aplicaciones construidas según este modelo separan las funcionalidades requeridas a través de la asignación de responsabilidades por capa. Así la capa de presentación es responsable de la interfaz del usuario, la capa de aplicación implementa las reglas de negocio, y la capa de datos administra la persistencia y almacenamiento de los datos. Los usuarios de una aplicación construida sobre este modelo utilizan un front-end, también llamado cliente que no implementa las reglas de negocio, sino que sólo permite la interacción con la aplicación a través de la capa de presentación. La capa de aplicación, alojada en los servidores de aplicaciones, soporta las secciones compartidas de la aplicación, y brinda servicios tales como seguridad, control de concurrencia y administración de transacciones. En la capa de aplicación, distinguimos tres principales componentes que concebimos en nuestro proyecto. Estos son la aplicación principal de búsqueda de literatura (front-end), un tutorial para la construcción de arquetipos, y un convertidor de historias clínicas entre diferentes formatos y arquetipos.

6 El front-end es la principal aplicación motivadora del proyecto. Una aplicación que permita la manipulación de historias clínicas de acuerdo a un arquetipo predefinido conforme al pre-estándar. Esta aplicación construye automáticamente una plantilla de búsqueda de literatura médica utilizando una historia clínica en particular, y luego le permite al usuario pulir esa plantilla quitando y/o agregando términos y asi adaptar la búsqueda a sus verdaderas necesidades. El objetivo del tutorial es el de guíar al usuario en la construcción de nuevos arquetipos, con la premisa de que estos respeten el pre-estándar y mantengan una estructura básica de ítems globalizadores, para que, luego, las historias clínicas en esos arquetipos puedan ser utilizadas en el front-end con el propósito de buscar literatura para solucionar los problemas de los pacientes a los cuales correspondan. El convertidor es una herramienta capaz de tomar una historia clínica en un formato, y llevarla a una historia clínica respetando el pre-estándar, en algún arquetipo predefinido dentro del convertidor, trasladando los datos de una en otra. Una vez construidos nuevos arquetipos utilizando el tutorial, el usuario puede tomar sus historias clínicas y transformar los datos de estas en datos de nuevas historias en los arquetipos recién construidos, para luego utilizarlas en el front-end como bases de nuevas búsquedas. La tarea principal de la capa de datos es manejar el almacenamiento y recuperación de la información, la ejecución de transacciones y los mapeos eventualmente necesarios, por ejemplo de objeto a relacional ó vicevers a. Toda la interacción entre las capas del modelo tiene lugar utilizando interfaces definidas e inmutables, que p e rmiten el cambio o sustitución total al interior de una capa sin alterar el funcionamiento de las demás capas. Nuestro diseño propone la utilización para la capa de presentación de un servidor de portales, que brinda funcionalidades de diseño, personalización e integración, permitiendo adoptar como front-end para el usuario a un navegador de Internet estándar. Este servidor utilizará una interface de web services para su comunicación con las aplicaciones del dominio (en verde en la figura (5)). La adopción del modelo de capas y la interface sobre web services permite otras implementaciones de la capa de p resentación, por ejemplo, un portal WML (Wi r e l e s s Markup Language) para clientes que utilicen PDA's o teléfonos celulares. Cada una de las aplicaciones del dominio presenta sus funcionalidades sobre una interface de web services, provista por componentes de software denominados 'web services wrappers', encargados de la registración y provisión sobre WSDL/UDDI. La interacción entre la capa de aplicación y la de datos tiene lugar sobre múltiples interfaces posibles, de las que destacamos ODBC (Open DataBase Connectivity) y JDBC (Java DataBase Connectivity) para gestores de bases de datos relacionales e interfaces nativas para otras representaciones de datos, donde éstos estén gestionados por otras aplicaciones, sistemas legados o representaciones ad-hoc. 4. CONCLUSIONES: Nuestro proyecto representa un esfuerzo por proporcionar a los profesionales de la salud una solución práctica para el problema de la búsqueda de bibliografía en la Web. Evidentemente existen otros enfoques que parecen prometer mejores resultados, como el procesamiento de lenguaje natural o el uso de técnicas de data mining para obtener la información. Sin embargo, el sistema de búsqueda semiautomatizada que presentamos aquí tiene la ventaja de su simplicidad y su bajo costo de implementación y mantenimiento. Estas características lo ponen al alcance de servicios de salud que no disponen de recursos económicos para obtener herramientas más sofisticadas. Hasta el momento hemos utilizado el sistema de búsqueda en dominios de escasa amplitud. El trabajo futuro estará dirigido a tratar de ampliar los límites de dichos dominios y también a diseñar e implementar software adecuado para asistir a los usuarios en el desarrollo del vocabulario controlado que emplea el sistema. BIBLIOGRAFÍA 1. Motz R., Deco C., Bender C., Arquitectura de un asistente para la re c u- peración semántica de re f e rencias bibliográficas en la web. Proc. 32 JAIIO-SIS, ISSN Buenos Aires, Argentina, Septiembre D a v e n p o t r T.H., Glaser J., Just-in-time delivery comes to knowledge management. Har- v a rd Bussiness Rev Jul; 80(7): Pluss et al. (UPM-UNR), Ampliación de las capacidades de recuperar la i n f o rmación de la Web a partir de una Historia Clínica Electrónica. 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