Metodología y representación efectiva del conocimiento de guías clínicas para la ayuda a la decisión y protocolos clínicos

Abstract

1 Objetivos En nuestra tesis trabajamos con la hipótesis de que la evaluación/selección metodológica de formalismos de representación del conocimiento experto de Guías Clínicas antimicrobianas para su uso en Sistemas de Ayuda a la Decisión (Clinical Decision Support Systems (CDSSs)) y Protocolos Clínicos (Clinical Pathways (CPs)), es crítica para lograr su implementación efectiva y en última instancia, la estandarización efectiva de la práctica clínica. Para ello, perseguimos los siguientes objetivos: • Objetivo 1: Definir un marco de referencia de criterios de selección de formalismos basados en reglas para la representación computable de conocimiento de infecciones de Guías Clínicas, para su uso en CDSSs. • Objetivo 2: Probar que el uso de reglas puede ser un formalismo adecuado para expresar de forma computable el conocimiento experto de infecciones de las Guías Clínicas, como parte fundamental de CDSSs. • Objetivo 3: Definir un conjunto de criterios clave de representación de CPs, a través del estudio de la literatura científica y las sucesivas extensiones realizadas en BPMN, para adaptarse a entornos clínicos. • Objetivo 4: Probar que los CPs de infecciones pueden ser más fielmente representados a través de formalismos de representación de procesos orientados a entornos clínicos, como vehículo de estandarización de la práctica clínica. • Objetivo 5: Proponer extensiones del formalismo orientado a entornos clínicos utilizado, en caso de que se detecten gaps entre las capacidades necesarias para la representación de CPs de infecciones y las existentes en el formalismo.

2 Metodología El conjunto de criterios del Objetivo 1 se propone a partir del análisis de la literatura científica y del conocimiento de las Guías Clínicas del Hospital John Hopkins. A partir de ambas fuentes, se comprueba empíricamente la bondad y relevancia de dichos criterios, con un análisis comparativo del proceso de representación del conocimiento experto de las Guías Clínicas de la Infección del Tracto Urinario (UTI) con diferentes tecnologías de reglas, demostrando implícitamente el objetivo 2. Para los Objetivos 3 y 4, mostramos cómo los Protocolos Clínicos, a menudo representados con formalismos BPM generalistas, requieren de características especiales para entornos clínicos, y de forma específica, para el tratamiento de infecciones. Para ello, se parte de una revisión de la literatura científica y de un análisis de las especificidades de los Protocolos Clínicos de infecciones bacterianas, representando el caso de uso de la Infección del Torrente Sanguíneo (CR-BSI), usando el formalismo clínico openEHR Task Planning. Se analiza, además, la conveniencia de extender el formalismo utilizado para una mejor cobertura de las necesidades expresivas de los Protocolos Clínicos de infecciones, cubriendo así el Objetivo 5.

3 Resultados Esta tesis doctoral contribuye a la definición de mecanismos computacionales que ayuden a mejorar la representación informatizada de Guías Clínicas de antibióticos en Sistemas de Ayuda a la Decisión y Protocolos Clínicos, de dos formas: • En primer lugar, proponiendo el uso de formalismos de reglas como una forma efectiva de representar conocimiento experto de forma computable, y definiendo un marco de referencia de criterios que el formalismo debe cumplir, validado por medio del caso de estudio de la infección del tracto urinario. • En segundo lugar, proponiendo criterios clave de formalismos de representación de protocolos clínicos, verificando la validez nativa del formalismo openEHR TP para la representación de protocolos clínicos de infecciones, y realizando una propuesta de extensiones del estándar.

Los resultados obtenidos prueban la hipótesis de que el análisis metodológico en la búsqueda e identificación de criterios clave de formalismos de conocimiento y procesos para la representación del tratamiento de infecciones, es una fórmula adecuada para lograr una implementación efectiva del conocimiento de las Guías Clínicas en Sistemas de Ayuda a la Decisión y Protocolos Clínicos.

1 Goals In our thesis we work with the hypothesis that the methodological assessment/selection of computable knowledge formalisms for Antibiotic Clinical Guidelines is essential for their effective use in Clinical Decision Support Systems (CDSSs) and Clinical Pathways (CPs), and therefore, for the standardization of clinical practise. For that, we pursue the following goals: • Goal 1: Define a framework of criteria to guide the selection of rule-based formalisms for the computable representation of Infection Guidelines knowledge, for its effective use in Clinical Decision Support Systems. • Goal 2: Prove that rule-based formalisms can be an effective way of representing infection knowledge of Clinical Guidelines, as a fundamental part of Clinical Decision Support Systems. • Goal 3: Define a set of key criteria to represent Clinical Pathways, analyzing scientific literature, BPM successive extensions to adapt to clinical settings and CG knowledge. • Goal 4: Prove that Infection CPs can be better represented using clinical-oriented formalisms, as a way to standardize clinical practise in infection treatment. • Goal 5: Propose extensions of the clinical-oriented formalism, in case gaps exist between the capabilities required for the representation of Infection CPs and the formalism’s native capabilities.

2 Methodology The framework of criteria of Goal 1 is based on the analysis of scientific literature and the knowledge expressed in the Antibiotic Guidelines of the John Hopkins Hospital. The validity of the proposed framework is assessed by means of a case study, comparing the knowledge representation process of the Urinary Tract Infection (UTI) using different rule-based technologies, thereby implicitly proving Goal 2. To reach Goals 3 and 4, we show how Clinical Pathways, often represented using general-purpose BPM notations, have concrete requirements for clinical settings, and more specifically, for infection treatment. To this end, we review scientific literature and analyze the peculiarities of Infection Pathways, representing the Catheter-Related Blood Stream Infection (CR-BSI) of the Antibiotic Guidelines of the John Hopkins Hospital, using the clinical-oriented formalism openEHR Task Planning. We also analyze the convenience of extending the used formalism to better represent Infection pathways, making an extension proposal, to cover Goal 5.

3 Results This thesis contributes to the definition of computational mechanisms for an improved computable representation of Antibiotic Guidelines in Clinical Decision Support Systems and Clinical Pathways, in two ways: • First, by proposing the use of rule-based formalisms as an effective way of representing expert knowledge in computable format within Clinical Decision Support Systems, and by defining a framework of criteria to guide the selection of a knowledge formalism, validated by means of a case study of the Urinary Tract Infection. • Second, by proposing a set of key criteria for the representation of Clinical Pathways, analyzing the native adequacy of the clinical-oriented openEHR Task Planning for the representation of infection CPs, using as case study the Catheter-Related Blood Stream Infection, and proposing extensions of openEHR Task Planning, for further improvements of the standard for representation of infection CPs.

The results prove our hypothesis that the methodological assessment/selection of computable knowledge formalisms for the representation of Antibiotic Clinical Guidelines is essential for their effective use in Clinical Decision Support Systems and Clinical Pathways, thereby contributing to the standardization of clinical practice in infection treatment.