Telemedizinfähiges EHR
Entwicklung und Erprobung eines telemedizinisch unterstützten EHR, integriert mit innovativen Funktionen für Spracherkennung, Smartpen und klinische Textanalyse.
Problem
Triptych Technologies Inc. ist ein führendes IT-Unternehmen, das medizinische Software entwickelt, die sich auf die Maximierung der Aufzeichnung, Speicherung und des Abrufs von Patienteninformationen zur Unterstützung des Gesundheitswesens konzentriert. Das Unternehmen konzentriert sich auf die Neugestaltung medizinischer Systemschnittstellen durch die Zusammenarbeit mit Ärzten und anderen Anbietern im Gesundheitswesen, um deren Benutzerfreundlichkeit und Produktivität durch die Einbindung der neuesten Technologien der Branche zu verbessern. Itransition, ein langjähriger Technologiepartner von Triptych, hat als solcher bereits viele Projekte erfolgreich abgeschlossen; darunter auch die Entwicklung des Produkts für eine vielbeschäftigte und erfolgreiche Arztpraxis, wie in der folgenden Fallstudie beschrieben.
Die auf dem Markt befindlichen elektronischen Gesundheitsakten (EHRs) wurden von Entwicklern erstellt, ohne die besonderen Bedürfnisse von Ärzten und anderen Leistungserbringern im Gesundheitswesen, ihre Arbeitsabläufe und zeitlichen Anforderungen vollständig zu berücksichtigen. Darüber hinaus basieren die meisten EHRs auf einem Einheitsansatz, der eher für große Kliniken und Versicherungsgesellschaften als für kleine Kliniken oder einzelne Arztpraxen entwickelt wurde, ohne die sehr unterschiedlichen Besonderheiten der einzelnen Gesundheitsorganisationen und die verschiedenen Arten von Endnutzern zu berücksichtigen. Es wurde festgestellt, dass ineffiziente EHRs unter Navigations- und Benutzbarkeitsproblemen, veralteten Schnittstellen und unnötigen Validierungs- und Bestätigungsschritten leiden, die sich negativ auf die Effizienz und Flexibilität bei der Bereitstellung von Unterstützung im Gesundheitswesen auswirken.
Ein Kunde trat mit einem Konzept für ein EHR an Triptych heran, das sich zu Sapiocare entwickelte, und Itransition wurde aufgrund unserer Erfahrung in der Entwicklung von EHR- und Telegesundheitswesen/telemedizinischen Lösungen mit der Durchführung des Projekts beauftragt. Der Projektsponsor, ein erfahrener Gesundheitsdienstleister mit umfassender klinischer und praktischer Erfahrung und Vorstandsmitglied einer erfolgreichen Praxis, erkannte aus erster Hand, dass die Branche dringend ein EHR benötigte, das die komplexen Arbeitsabläufe von Arztpraxen optimieren würde. Es wurde beschlossen, eine Lösung mit integrierter Telemedizinfunktionalität zu schaffen, wobei der Entwicklungsprozess von Ärzten, Gesundheitsdienstleistern und Branchenexperten geleitet und überwacht wurde.
Projektziele
Der wichtigste geplante Wettbewerbsvorteil des geplanten EHR-Produkts war die Nutzung innovativer Methoden der natürlichen Dateneingabe (Sprache, Stift und Papier), um die Verwaltungsprozesse zu beschleunigen und den Patienten während der Begegnungen mehr Aufmerksamkeit zu schenken, kombiniert mit der Telemedizin-Funktionalität, um die sofortige Kommunikation mit Patienten und möglicherweise anderen Ärzten zu erleichtern.
Das Hauptziel des Systems besteht darin, dass die Ärzte so wenig Zeit wie möglich mit dem Ausfüllen eines Arztbriefs verbringen. UX und Benutzerfreundlichkeit waren für den Kunden ebenfalls entscheidend, da die Vereinfachung und Beschleunigung der Dateneingabe das Hauptanliegen war. Die Lernkurve bei der Anpassung des Systems durch die Benutzer ist nicht zu minimal.
Ziele des entwickelten EHR sind:
- Optimierung der ärztlichen Eingabe von Krankenakten (intuitive, benutzerzentrierte Web-UI, Spracherkennung, Smartpen).
- Verbesserung der Arzt-Patienten-Kommunikation mit Hilfe einer medizinischen Online-Telekonferenzlösung.
- Aufbau einer fortschrittlichen Integrationslösung mit Anbietern medizinischer Dienstleistungen (Apotheken, Labore usw.).
- Die Bereitstellung von Diensten auch dann fortsetzen, wenn die Verbindung zum Server unterbrochen ist.
- Stellen Sie sicher, dass das System mit einer Reihe von medizinischen Standards und Vorschriften (HIPAA, ONC, CEHRT, Abschnitt 508 usw.) konform ist.
Lösung
Der Kunde hatte ein gründliches Verständnis der Geschäftsziele, und Itransition als Experte für die Digitalisierung des Gesundheitswesens trat an, um diese in die Realität umzusetzen. Itransition untersuchte das Projekt, sammelte Anforderungen, priorisierte sie, eliminierte widersprüchliche Anforderungen, erstellte Mockups und entwickelte einen Prototyp, um eine vollständige digitale Transformation des Gesundheitswesens erfolgreich umzusetzen.
Funktionalität der Lösung
Die Nutzer der Lösung sind Mitarbeiter der Pflegeeinrichtung und Patienten der Einrichtung.
Die Lösung automatisiert die folgenden Geschäftsprozesse: Terminplanung für Patienten, Führung von Krankenakten, Erstellung von Abrechnungsberichten ohne Integration mit einem konkreten Zahlungssystem.
| Pflegeanbieter-Portal | Patientenportal |
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Herausforderung
Die Entwicklung einer Funktion, die den verschiedenen offiziellen medizinischen und Sicherheitsstandards (PCI, HIPAA, ONC, Section 508) entspricht, und die Analyse eines breiten Spektrums von Dokumentationen zu Vorschriften, Leitfäden, anderen Systemen usw. war eine große Herausforderung.
Der Wirtschaftsanalytiker von Transition war in der Lage, sich Fachwissen aus anderen ähnlichen Projekten anzueignen, Leitfäden zur Entwicklung medizinischer Software zu erstellen, komplexe Dokumentation von CMS (Centers for Medicare & Medicaid Services) zu analysieren, Compliance-Checklisten zusammenzustellen und die laufenden Leistungen mit den Zielen der Checkliste zu vergleichen.
Innovationen
SpracherkennungDas wichtigste funktionale und technologische Merkmal der Lösung ist die Integration mit Plattformen für natürliche Sprachverarbeitung und Spracherkennung. Itransition implementierte die Dragon-Spracherkennungssoftware von Nuance, ohne dass das Gerät selbst erworben werden muss. Wenn der Arzt bereits ein Dragon-Konto besitzt, werden die Konten zusammengeführt und Nuance erkennt in der Sapiocare-EDV den Arzt, seine Sprachmuster, Geschwindigkeit und Ausspracheeigenheiten, eingestellte Befehle usw. In Zukunft ist geplant, diese Funktion auf das Niveau von Siri zu erweitern. |
SmartpenSapiocare ist mit einem automatisierten System zur Handschrifterkennung (von elektronischer Tinte bis zu digitalen Notizen) ausgestattet: Der Smartpen ermöglicht es den Ärzten, die Formulare für die Erstvorstellung auf normalem Papier auszufüllen, wobei handschriftliche und gedruckte Texte von zusätzlichen Diensten erkannt und digital im Sapiocare-System gespeichert werden. Künftig soll der Smartpen auch von Patienten im Wartezimmer vor dem Termin genutzt werden, so dass beim Betreten der Arztpraxis bereits alle Daten im System vorhanden sind. |
Klinische Textanalyse mit Apache cTakesIntegration von vorgefertigten Bibliotheken zur Erkennung medizinischer Begriffe mit anschließender Identifikation aus SNOWMED CT. Die Textanalyse ermöglicht es dem System, medizinische Begriffe anhand der umfangreichsten medizinischen Terminologiedatenbank der Welt, SNOWMED Clinical Terms, zu erkennen. Die Verwendung von cTakes ermöglicht es verschiedenen Fachkräften des Gesundheitswesens (Büroangestellten, medizinischen Assistenten, Krankenschwestern, Ärzten usw.) in verschiedenen Phasen der Interaktion mit dem Patienten, Informationen in der Begegnungsnotiz oder SOAP-Notiz (subjektiv-objektiver Beurteilungsplan) zu dokumentieren, und zwar viel schneller als bei herkömmlichen Dateneingabemethoden. Künftig kann es auch zur Analyse von Mustern und Häufigkeit der verschriebenen Medikamente, des Auftretens von Krankheiten, MIPS/MACRA und anderer wichtiger Metriken verwendet werden. |
TelevisitsIn dem Bemühen, die Rückübernahmequoten zu minimieren, haben sich Televisiten als recht effektiv erwiesen. In der Vergangenheit, als Patienten mit bestimmten Erkrankungen ständig überwacht werden mussten, wurden häufige Besuche von Krankenschwestern durchgeführt, aber jetzt können Televisiten, die über ein sicheres HIPAA-konformes Portal durchgeführt werden, diese Aktivitäten ersetzen. In Zukunft sollen Televisiten auch für virtuelle Besprechungen mit anderen Ärzten und anderen Dienstleistern des Gesundheitswesens genutzt werden. Der psychologische Wert des Einsatzes von natürlicher Sprachverarbeitung und klinischer Textanalyse besteht darin, dass der Computer bei den Visiten völlig wegfällt und stattdessen die Patientenbetreuung im Vordergrund steht. All diese innovativen Funktionen, die in einer einzigen Lösung, dem Sapiocare-System, konzentriert sind, heben das Produkt von allen anderen auf dem Markt ab.
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Hochrangige Architektur
Das System kann sowohl in der Cloud als auch vor Ort eingesetzt werden. Der Quellcode für beide Optionen der Bereitstellung ist der gleiche; das unterschiedliche Verhalten ist im Design berücksichtigt und wird durch eine einfache Konfiguration gesteuert.
Background Processing ist die Servicekomponente, die geplante Aufgaben ausführt oder große Datenmengen im Hintergrund verarbeitet. Für den On-Premise-Einsatz umfasst sie den Sync-Job, der Daten mit einer globalen Datenbank nach Zeitplan oder auf Auslöser aus der EHR synchronisiert. Der Webdienst On-Premise Interface Service wird für die direkte Interaktion von On-Premise-Implementierungen mit globalen Daten verwendet.
Die dauerhafte Speicherung von Systemdaten wird mit Hilfe einer einzigen mandantenfähigen Datenbank (Daten an einem Ort, Trennung der Daten erfolgt mit HCO-Kennungen) für die Cloud-Bereitstellung realisiert.
Das System ermöglicht es den Nutzern, einen medizinischen Eintrag zwischen 5 und 28 Jahren im System aufzubewahren, wodurch das Volumen der verarbeiteten Daten recht groß wird. Die Krankenakte ist der wichtigste Datentyp und kann aus Textdaten bestehen, die von binären Anhängen wie Testergebnissen, Röntgenbildern, Ultraschallbildern usw. begleitet werden.
EHR-Schichten
Die folgende Abbildung zeigt die Verantwortlichkeiten der Systemebenen am Beispiel eines einfachen Anwendungsfalls zum Laden von Termininformationen. Wenn die Termininformationen mit den angehängten Patienteninformationen zur Ansicht geladen werden müssen, werden im AppointmentViewModel die Modelle Appointment und Patient zusammengefasst.
Sicherheit
Systembenutzer wurden in der Systemdatenbank gespeichert, wobei keine externen Identitätsanbieter unterstützt wurden.
Die Portale nutzen die Claims-basierte Authentifizierung in OWIN. Eine automatische Abmeldung bei Inaktivität ist implementiert.
Für jedes Funktionsmodul wird eine Autorisierung auf der Basis von OWIN-Authentifizierungsprovidern verwendet.
Schlüssel für die Verschlüsselung werden durch den AWS IAM Service verwaltet (AWS Key Master wird auch für die Verschlüsselung von Umgebungsvariablen auf den Nodes verwendet).
Load Balancer verwendet das SSL/TLS-Protokoll für verschlüsselte Verbindungen. Der Datenverkehr zwischen ELB und Knoten (EC2-Instanzen) wird ebenfalls verschlüsselt.
Die EHR ist mit eingebauten ASP.NET MVC-Tools gegen gängige Arten von Angriffen geschützt: XSS und XRSF (AntiForgeryToken). Das System ist über das HTTPS-Protokoll verfügbar.
Verfahren
Team
Itransition stellte ein engagiertes Team von 7 Spezialisten zur Verfügung, darunter .NET-Entwickler, einen Business-Analysten, einen QA-Ingenieur und drei Teilzeit-Experten: UX-Spezialist, Scrum Master und ein Projektmanager, der die Rolle des Product Owners übernahm. Das Team von Itransition hielt wöchentliche Treffen mit dem Kunden ab und stellte Prototypen und Demos zur Verfügung, um den Entwicklungsfortschritt zu messen.
Entwicklungsstadien
Das Team arbeitete mit dem Kunden in den folgenden Phasen der Projektentwicklung zusammen: Voranalyse, Analyse und Anforderungserfassung, technische und grafische Entwicklung, Forschung, Integration und Test.
Das Team von Transition erstellte Materialien für die Vorproduktion, die Dokumentation der Systemarchitektur und den minimalen Prototyp, der für die Produktion freigegeben wurde. Das Team zeigte die Iterationsergebnisse dem Auftraggeber und den Fachexperten, holte Feedback ein und implementierte die genehmigten Schritte.
Hauptentwicklungswerkzeuge
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Visual Studio 2015 Integrierte Entwicklungsumgebung |
Yeoman Gerüstbaugenerator für Frontend/ ASP.NET |
MSBuild .NET Build-Dienstprogramm |
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NuGet Server-seitiger Paketmanager |
FxCop Automatisiertes Werkzeug zur Code-Qualitätskontrolle |
Grunt Frontend-Bauwerkzeug |
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Bower Paketmanager für Frontend-Bibliotheken |
Git Quellsteuerung |
Probleme und Korrekturen
| Problem | Der Umgang mit ständigen Änderungen und Neufassungen des Systems |
| Fix | Itransition verwendete ein iteratives agiles Entwicklungsmodell. Der Geschäftsanalytiker und der Projektmanager arbeiteten eng mit den Beteiligten direkt in ihrer Praxis zusammen. Itransition arbeitete mit Fachexperten zusammen, die über mehr als 50 Jahre Erfahrung in der Verwaltung medizinischer Systeme und in der Budgetierung verfügten. Gemeinsam mit dem Business-Analysten beschrieben sie die Arbeitsabläufe und die tägliche Routine von Ärzten, die mit einer EHR arbeiten, das Aussehen der gewünschten Lösung sowie Branchenstandards und Best Practices. |
| Problem | Das Projekt wurde durch die angestrebte Integration mit externen Lösungen wie elektronischen Stiften, Spracherkennung, natürlichem Sprachprozessor, Telemedizin, ganz zu schweigen von pharmazeutischen Interaktionsdatenbanken und der Verbindung mit externen Datenbanken, erschwert. |
| Fix | Das Team von Transition hat Marktforschung und -analyse betrieben, verschiedene Lösungen im Rahmen eines kleinen POC ausprobiert, mit Anbietern dieser Dienste kommuniziert und Lösungen auf verschiedenen Plattformen (.NET und Java) integriert. |
| Problem | Organisatorische Probleme beim Aufbau von Partnerschaften mit bestehenden Videokonferenzdiensten, Probleme bei der Suche nach einem geeigneten Dienst, der die HIPAA-Sicherheitsstandards unterstützt, und Probleme mit der Stabilität und Flexibilität ihrer APIs. |
| Behebung | Wir haben mehrere Optionen ausprobiert, um einen perfekten Kompromiss zu finden, und haben eine funktionelle Lösung entwickelt, die diese Probleme behebt. |
Kerntechnologien
Microsoft-Technologien wurden als Plattform für die Umsetzung des Projekts verwendet. Das System wird in der Amazon-Cloud mit der Integration von Amazon-Diensten (S3, Elastic Beanstalk) bereitgestellt.
Die wichtigste verwendete Technologie war .NET (ASP.NET Core 1.0, AWS Elastic Beanstalk, MSSQL, EF 6.0, Knockout JS, Kendo UI, HTML 5 Offline, Fast Reports, cTakes).
Die Präsentationsschicht der Lösung wurde mit ASP.NET MVC Pages, KnockoutJS mit Kendo UI (für UI-Komponenten von Drittanbietern), Fast Reports) erstellt. Die Konnektivitätsschicht wurde mit REST API (mit dem Backend auf .NET, Java Service) aufgebaut. Die Persistenzschicht (Datenbank) wurde mit MS SQL als Hauptdatenbank in der Cloud (Amazon RDS) aufgebaut. Andere verwendete Datenbanken waren Redis, Docker (Java-Dienst) und Windows Server.
Integrationsaufgaben wurden mit Java und denselben Ressourcen durchgeführt.
Für die Entwicklung des Systems wurden die folgenden Technologien ausgewählt.
Gemeinsamer Stapel
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MS.NET 4.6.1 Basisplattform für die Entwicklung |
Autofac Inversion-of-Control-Container |
AWS SDK SDK für die Verbindung zu AWS-Services |
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C# Hauptprogrammiersprache für die Entwicklung |
AutoMapper Bibliothek zur Automatisierung der Abbildung von Modellen |
NLog mit Common.Logging Logging-Framework |
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MS Entity Framework Datenzugriffs-ORM-Framework |
Web-Stapel
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ASP.NET MVC Webentwicklungs-MVC-Framework für .NET |
BundleTransformer Bibliothek zur Optimierung des Ladens von Webressourcen |
Amplify.js Bibliothek zur Vereinfachung der Verbindungsverwaltung (Offline/Online-Handling) und des Zugriffs auf Webspeicher |
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ASP.NET VMC Web API Framework für REST-Dienste |
Knockout Bibliothek zur Erstellung dynamischer Web-UIs mit JavaScript |
Kendo UI Scheduler Reichhaltige Komponente für Outlook-ähnliches Scheduling |
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TypeScript Programmiersprachenerweiterungen für JavaScript |
Kendo UI Bibliothek von UI-Komponenten für die Webentwicklung |
LESS CSS-Präprozessor |
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jQuery JS-Bibliothek für HTML-Dokumentenmanipulationen und AJAX-Anfragen |
Kendo UI Grid Reichhaltige Datagrid-Komponente auf JS-Basis, mit Unterstützung für Filterung, Sortierung und Paging |
Datenbank
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MS SQL Standard Enterprise Edition Datenbanklösung für On-Premises-Bereitstellungen |
Amazon RDS für SQL Server Hochverfügbarer und partitionierbarer SQL-Service auf AWS, ausgerichtet auf Systeme mit hoher Last |
Prüfung
Die Lösung wurde während des gesamten Entwicklungszyklus getestet, mit Ausnahme der Findungsphase. Die Funktionstests dienten in erster Linie dazu, die Konformität des Endprodukts mit den HIPAA- und ONC-Normen zu gewährleisten, um die Zertifizierung zu erleichtern. Um dies zu erreichen, wurden Checklisten für medizinische und Sicherheitsstandards verwendet. Die Funktionalität war ein weiterer wichtiger Aspekt, der getestet wurde.
Testverfahren
Die Funktionstests wurden auf Komponentenebene durchgeführt, wobei die Funktion jeder Komponente auf der gewünschten Ebene durch einen vollständigen Abnahmetest überprüft wurde. Außerdem wurden Integrationstests durchgeführt, bei denen die Beziehung zwischen den Modulen des Systems sowie zwischen den beiden Portalen überprüft wurde. Derzeit gibt es keine Integration mit Diensten von Drittanbietern, so dass die Integrationstests nur auf dem Sapiocare-System durchgeführt wurden. Die Abnahmetests wurden vom Kunden durchgeführt. Alle funktionalen Mängel wurden mit Hilfe von Black-Box- und Grey-Box-Tests gefunden und behoben.
Das Projekt zeichnet sich durch eine ständige Kommunikation und eine detaillierte Sprintplanung aus, wobei alle Funktionen in häufigen Design-Meetings spezifiziert und diskutiert wurden.
Die Testfälle wurden auf der Grundlage der gesammelten Anforderungen und Geschäftsprozesse geschrieben.
Die Anforderungen wurden vom Business Analysten auf der Grundlage der Analyse gängiger EHR-Systeme, Best Practices und Industriestandards sowie während der Kommunikation mit dem Kunden zusammengestellt, wobei die Prioritäten der Funktionalität festgelegt wurden.
Die Anforderungen wurden auch in Form von High-Level Business Use Cases dargestellt, wobei die Geschäftsprozesse ausführlich beschrieben wurden.
Testing Tools
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NEinheit Einheitstest-Framework |
NBuilder Helfer bei der Erzeugung von Testdaten |
Selenium Testautomatisierung im Browser |
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Autofac.Moq Mocking-Framework |
SpecFlow BDD-Szenarien-Definition und -Läufer |
NCrunch Werkzeug zur kontinuierlichen Testausführung |
Testergebnisse
Das Projekt zeichnet sich durch seine Stabilität aus, sowohl was die Entwicklungs- als auch was die Testprozesse betrifft. Während der mehr als einjährigen Testphase von Sapiocare gab es keine signifikanten Qualitätsspitzen oder -einbrüche. Alle Metriken für entdeckte Fehler und die Fehlerlebensdauer zeigten ein stabiles positives Ergebnis.
Projektergebnisse
Das Projekt wurde aufgrund der sich ändernden Anforderungen immer umfangreicher und zeitlich begrenzter. Eine Teilimplementierung ist aufgrund der strengen Funktionsstandards von Anwendungen im Gesundheitswesen und der Konformität mit HIPAA, ONC, CEHRT und Section 508 nicht möglich. Derzeit befindet sich die Entwicklungsversion 1 kurz vor der Ziellinie, und die Implementierung wird derzeit geplant.
