Federated architecture for biomedical data integration

Abstract

The last decades have been characterized by a continuous adoption of IT solutions in the healthcare sector, which resulted in the proliferation of tremendous amounts of data over heterogeneous systems. Distinct data types are currently generated, manipulated, and stored, in the several institutions where patients are treated. The data sharing and an integrated access to this information will allow extracting relevant knowledge that can lead to better diagnostics and treatments. This thesis proposes new integration models for gathering information and extracting knowledge from multiple and heterogeneous biomedical sources. The scenario complexity led us to split the integration problem according to the data type and to the usage specificity. The first contribution is a cloud-based architecture for exchanging medical imaging services. It offers a simplified registration mechanism for providers and services, promotes remote data access, and facilitates the integration of distributed data sources. Moreover, it is compliant with international standards, ensuring the platform interoperability with current medical imaging devices. The second proposal is a sensor-based architecture for integration of electronic health records. It follows a federated integration model and aims to provide a scalable solution to search and retrieve data from multiple information systems. The last contribution is an open architecture for gathering patient-level data from disperse and heterogeneous databases. All the proposed solutions were deployed and validated in real world use cases.

A adoção sucessiva das tecnologias de comunicação e de informação na área da saúde tem permitido um aumento na diversidade e na qualidade dos serviços prestados, mas, ao mesmo tempo, tem gerado uma enorme quantidade de dados, cujo valor científico está ainda por explorar. A partilha e o acesso integrado a esta informação poderá permitir a identificação de novas descobertas que possam conduzir a melhores diagnósticos e a melhores tratamentos clínicos. Esta tese propõe novos modelos de integração e de exploração de dados com vista à extração de conhecimento biomédico a partir de múltiplas fontes de dados. A primeira contribuição é uma arquitetura baseada em nuvem para partilha de serviços de imagem médica. Esta solução oferece um mecanismo de registo simplificado para fornecedores e serviços, permitindo o acesso remoto e facilitando a integração de diferentes fontes de dados. A segunda proposta é uma arquitetura baseada em sensores para integração de registos electrónicos de pacientes. Esta estratégia segue um modelo de integração federado e tem como objetivo fornecer uma solução escalável que permita a pesquisa em múltiplos sistemas de informação. Finalmente, o terceiro contributo é um sistema aberto para disponibilizar dados de pacientes num contexto europeu. Todas as soluções foram implementadas e validadas em cenários reais.