Pokazujemy, jak wdrożyć system obliczania ryzyka psychozy i ostrzegania w czasie rzeczywistym oparty na CogStack, platformie wyszukiwania i ekstrakcji informacji dla elektronicznej dokumentacji medycznej.
Artykuł metodologiczny
Pokazujemy, jak wdrożyć system obliczania ryzyka psychozy i ostrzegania w czasie rzeczywistym oparty na CogStack, platformie wyszukiwania i ekstrakcji informacji dla elektronicznej dokumentacji medycznej.
Ostatnie badania wykazały, że zautomatyzowany, uwzględniający długość życia, transdiagnostyczny i klinicznie oparty na zindywidualizowanym kalkulatorze ryzyka stanowi potężny system wspomagający wczesne wykrywanie osób zagrożonych psychozą na dużą skalę, wykorzystując elektroniczną dokumentację medyczną (EHR). Ten kalkulator ryzyka został dwukrotnie zweryfikowany zewnętrznie i jest w trakcie testów wykonalności pod kątem wdrożenia klinicznego. Włączenie tego kalkulatora ryzyka do rutynowych badań klinicznych powinno być ułatwione dzięki prospektywnym studiom wykonalności, które są niezbędne do sprostania pragmatycznym wyzwaniom, takim jak brakujące dane, oraz użyteczność tego kalkulatora ryzyka w rzeczywistych i rutynowych warunkach klinicznych. W tym miejscu przedstawiamy podejście do perspektywicznego wdrożenia usługi wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy w czasie rzeczywistym w rzeczywistym systemie EHR. Ta metoda wykorzystuje platformę CogStack, która jest otwartym, lekkim i rozproszonym systemem wyszukiwania informacji i ekstrakcji tekstu. Platforma CogStack obejmuje zestaw usług, które pozwalają na pełnotekstowe wyszukiwanie danych klinicznych, uwzględnianie długości życia, obliczanie ryzyka psychozy w czasie rzeczywistym, wczesne ostrzeganie lekarzy o ryzyku oraz wizualne monitorowanie pacjentów w czasie. Nasza metoda obejmuje: 1) pobieranie i synchronizację danych z wielu źródeł do platformy CogStack, 2) implementację kalkulatora ryzyka, którego algorytm został wcześniej opracowany i zwalidowany, w celu terminowego obliczenia ryzyka psychozy u pacjenta, 3) tworzenie interaktywnych wizualizacji i pulpitów nawigacyjnych do monitorowania stanu zdrowia pacjentów w czasie oraz 4) budowanie zautomatyzowanych systemów alarmowych, aby zapewnić powiadamianie lekarzy o pacjentach zagrożonych, tak, aby można było podjąć odpowiednie działania. Jest to pierwsze w historii badanie, w którym opracowano i wdrożono podobny system wykrywania i ostrzegania w rutynowych warunkach klinicznych w celu wczesnego wykrywania psychozy.
Zaburzenia psychotyczne to poważne choroby psychiczne, które prowadzą do trudności w rozróżnieniu między wewnętrznym doświadczeniem umysłu a zewnętrzną rzeczywistością środowiska1, a także do ponadprzeciętnego ryzyka samookaleczenia i samobójstwa2. W ramach standardowej opieki zaburzenia te mają poważny wpływ na zdrowie publiczne, powodując znaczne obciążenie zdrowotne i ekonomiczne dla osób, rodzin i społeczeństw na całym świecie3. Wczesne interwencje w psychozie mogą poprawić wyniki tego zaburzenia psychicznego4. W szczególności wykrywanie, ocena prognostyczna i leczenie profilaktyczne osób, które są w klinicznie wysokim ryzyku rozwoju psychozy (CHR-P)5 zapewnia unikalny potencjał do zmiany przebiegu zaburzenia, poprawiając w ten sposób jakość życia wielu osób i ich rodzin3,6. Osoby z CHR-P to szukający pomocy młodzi ludzie z osłabionymi objawami i upośledzeniem funkcjonalnym7: ich ryzyko rozwoju psychozy wynosi 20% w wieku 2 lat8, ale jest wyższe w niektórych określonych podgrupach9,10. Pomimo pewnych znacznych postępów, wpływ podejść prewencyjnych w rutynowej praktyce klinicznej jest ograniczony przez zdolność do wykrycia większości osób zagrożonych11. Obecne metody wykrywania opierają się na zachowaniach związanych z szukaniem pomocy i skierowaniach w przypadku podejrzenia ryzyka psychozy; Metody te są wysoce nieefektywne w obsłudze dużej liczby próbek11. W związku z tym skalowalność obecnych metod wykrywania dla zdecydowanej większości zagrożonej populacji jest dość ograniczona12. W rzeczywistości tylko 5% (samodzielne specjalistyczne usługi wczesnego wykrywania) do 12% (usługi w zakresie zdrowia psychicznego dla młodzieży) osób zagrożonych rozwojem pierwszego zaburzenia psychotycznego może zostać wykrytych w momencie ich zagrożonego stadium przez obecne strategie wykrywania6.
Aby rozszerzyć kliniczne korzyści z podejść prewencyjnych u większej liczby osób zagrożonych, opracowaliśmy zautomatyzowany, obejmujący długość życia (tj. we wszystkich grupach wiekowych), transdiagnostyczny (tj. między różnymi diagnozami)13, klinicznie oparty na indywidualnym kalkulatorze ryzyka, który może wykryć osoby zagrożone psychozą w podstawowej opiece psychiatrycznej na dużą skalę, poza tymi, które spełniają kryteria CHR-P14. W tym kalkulatorze ryzyka wykorzystano model proporcjonalnego hazardu Coxa do przewidywania ryzyka rozwoju zaburzenia psychotycznego w ciągu sześciu lat na podstawie pięciu rutynowo zbieranych zmiennych klinicznych wybranych a priori, zgodnie z wytycznymi metodologicznymi15: wiek, płeć, pochodzenie etniczne, wiek według płci i diagnoza wskaźnika pierwotnego. Te zmienne kliniczne zostały wybrane na podstawie wiedzy a priori uzyskanej z metaanaliz16,17, zgodnie z zaleceniami najnowocześniejszych wytycznych metodologicznych15. Liczba predyktorów jest ograniczona, aby zachować stosunek zdarzeń na zmienną i zminimalizować błędy systematyczne związane z nadmiernym dopasowaniem; Uwzględnienie zbyt wielu zmiennych bez filtra a priori prowadzi do problemów z nadmiernym dopasowaniem i słabej dokładności prognozy18. Metoda użyta do opracowania tego modelu zapewnia podobną dokładność prognostyczną, jak metody automatycznego uczenia maszynowego18. Parametry modelu Coxa zostały oszacowane na podstawie retrospektywnej, pozbawionej identyfikacji kohorty z South London and Maudsley National Health Service Foundation Trust (SLaM)19. SLaM to fundusz powierniczy zdrowia psychicznego National Health Service (NHS), który zapewnia wtórną opiekę w zakresie zdrowia psychicznego populacji 1,36 miliona osób w południowym Londynie (dzielnice Lambeth, Southwark, Lewisham i Croydon) i ma jeden z najwyższych zarejestrowanych wskaźników psychozy na świecie20. Wszystkie dane wykorzystane do opracowania modelu zostały wyodrębnione z platformy Clinical Record Interactive Search (CRIS), cyfrowego systemu rejestru przypadków, który zapewnia badaczom retrospektywny dostęp i analizę zanonimizowanych rekordów klinicznych19. Informacje kliniczne w CRIS są pobierane z dedykowanego systemu elektronicznej dokumentacji medycznej (EHR) w SLaM, zwanego elektronicznym systemem podróży pacjenta (ePJS). SLaM nie wymaga użycia papieru, a ePJS stanowi standardową platformę gromadzenia danych do rutynowych badań klinicznych. W związku z tym kalkulator ryzyka transdiagnostycznego wykorzystuje elektroniczną dokumentację medyczną i może automatycznie badać duże obszary elektronicznej dokumentacji medycznej pacjentów korzystających z dodatkowej opieki psychiatrycznej, aby wykryć tych, którzy mogą być zagrożeni psychozą. Algorytm tego kalkulatora ryzyka transdiagnostycznego został opublikowany wcześniej6,14,21. Kalkulator ryzyka transdiagnostycznego został zewnętrznie zweryfikowany w dwóch funduszach powierniczych NHS Foundation Trusts14,21 i optimized22, wykazując jego odpowiednią wydajność prognostyczną, a także możliwość uogólnienia na różne populacje.
Zgodnie z metodologicznymi wytycznymi dotyczącymi rozwoju modelu przewidywania ryzyka15,23, następnym krokiem po opracowaniu i walidacji modelu jest wdrożenie modelu predykcyjnego w rutynowej praktyce klinicznej. Badania wdrożeniowe są zwykle poprzedzone badaniami pilotażowymi lub studiami wykonalności, które odnoszą się do potencjalnych pragmatycznych ograniczeń związanych ze stosowaniem algorytmów ryzyka w praktyce klinicznej. Na przykład dane wymagane do uruchomienia kalkulatora, takie jak wiek, płeć i pochodzenie etniczne, mogą nie być dostępne w dniu diagnozy lub zaktualizowane później. Należy rozważyć skuteczne metody radzenia sobie z brakującymi danymi i synchronizowania częstych aktualizacji w strumieniach danych w czasie rzeczywistym, aby uzyskać najbardziej wiarygodne wyniki predykcji we wdrożeniu. Ponadto, ponieważ początkowy rozwój kalkulatora ryzyka opierał się na retrospektywnych danych kohortowych, nie wiadomo, czy można go używać w strumieniu danych w czasie rzeczywistym, który jest typowy dla rzeczywistych warunków klinicznych. Kolejnym wyzwaniem jest zapewnienie, że odpowiedni klinicyści otrzymają zalecenia wygenerowane przez kalkulator ryzyka w odpowiednim czasie oraz w ramach wspólnej i akceptowanej ścieżki komunikacji.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, przeprowadziliśmy studium wykonalności, korzystając z indywidualnego kalkulatora ryzyka transdiagnostycznego. Badanie obejmowało dwie fazy: fazę in vitro, którą przeprowadzono z wykorzystaniem danych z lokalnej elektronicznej dokumentacji medycznej, bez kontaktu z klinicystami lub pacjentami, oraz fazę in vivo, która obejmowała bezpośredni kontakt z klinicystami. Faza in vitro miała dwa różnorodne cele: (i) usunięcie barier wdrożeniowych zgodnie ze Skonsolidowanymi Ramami Badań Wdrożeniowych (CFIR)27 oraz (ii) zintegrowanie kalkulatora ryzyka transdiagnostycznego z lokalną elektroniczną dokumentacją medyczną. Do barier wdrożeniowych należało informowanie klinicystów o wynikach dotyczących ryzyka. W SLaM wszyscy pacjenci są proszeni o zarejestrowanie się w celu uzyskania zgody na kontakt (C4C), co oznacza ich gotowość do kontaktu w sprawie badań, bez wpływu na jakość opieki. Ogranicza to kwestie etyczne związane z kontaktem z pacjentami. Ponadto grupy robocze z klinicystami pomogły w dostosowaniu sposobu przekazywania tych informacji. W fazie in vivo (od 14 maja 2018 r. do 29 kwietnia 2019 r.) wszystkie osoby (i) w wieku powyżej 14 lat, (ii) które uzyskiwały dostęp do jakiejkolwiek usługi SLaM (gminy Lambeth, Southwark, Lewisham, Croydon), (iii) otrzymujące pierwszą pierwotną diagnozę wskaźnika ICD-10 jakiegokolwiek nieorganicznego, niepsychotycznego zaburzenia psychicznego (z wyjątkiem ostrych i przemijających zaburzeń psychotycznych; ATPD) lub oznaczenie CHR-P oraz (iv) z istniejącymi danymi kontaktowymi zostały uznane za kwalifikujące się. Podczas fazy in vivo nowi pacjenci, którzy co tydzień uzyskują dostęp do SLaM, byli automatycznie badani pod kątem ryzyka psychozy, a ci, u których ryzyko było większe niż określony próg, byli wykrywani. Następnie zespół badawczy skontaktował się z klinicystami odpowiedzialnymi za pacjentów, aby omówić dalsze zalecenia i ostatecznie zasugerować dalszą ocenę twarzą w twarz6. Jeśli osoby oceniane zostały uznane za spełniające kryteria CHR-P, były kierowane do specjalistycznych usług CHR-P, takich jak Outreach and Support in South London (OASIS)28. Skutkowałoby to lepszym wykrywaniem osób przed wystąpieniem zaburzenia psychotycznego i dałoby znaczącą szansę na zmianę przebiegu zaburzenia. Co najważniejsze, to studium wykonalności obejmowało pełną integrację kalkulatora z lokalnym systemem elektronicznej dokumentacji medycznej, co jest tematem niniejszego artykułu. Pełny protokół tego studium wykonalności, w tym przegląd planu oceny proponowanych badań, szczegóły dotyczące zarządzania bezpieczeństwem danych i kwestiami etycznymi, został przedstawiony w naszym poprzednim work6. Niniejszy artykuł, będący częścią studium wykonalności6, wybiórczo skupia się na przedstawieniu technicznej implementacji systemu wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy w czasie rzeczywistym w oparciu o lokalne dane EHR. Mówiąc dokładniej, celem tego badania jest zbadanie technicznej wykonalności tego kalkulatora ryzyka w wykrywaniu zagrożonych pacjentów w odpowiednim czasie, gdy tylko uzyskają oni dostęp do dodatkowej usługi w zakresie zdrowia psychicznego. Pełne wyniki studium wykonalności, pod kątem przestrzegania przez klinicystów zaleceń zawartych w kalkulatorze ryzyka, zostaną przedstawione oddzielnie. Kompleksowa ocena skuteczności proponowanego badania, która wymaga randomizowanych projektów, wykracza poza zakres obecnego programu badawczego. Według naszej najlepszej wiedzy jest to pierwsza metoda opisująca implementację kalkulatora ryzyka opartego na danych EHR w czasie rzeczywistym do wczesnego wykrywania psychozy.
Nasze podejście do wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy korzysta z platformy CogStack. Platforma CogStack to lekka, rozproszona i odporna na uszkodzenia platforma do wyszukiwania informacji i ekstrakcji tekstu24. Platforma ta składa się z trzech kluczowych komponentów: 1) potoku CogStack, który wykorzystuje platformę Java Spring Batch do pozyskiwania i synchronizowania danych ze wstępnie zdefiniowanego źródła danych (zarówno ustrukturyzowanych, jak i nieustrukturyzowanych danych EHR w wielu formatach, takich jak Word, pliki PDF i obrazy) do predefiniowanego ujścia danych w czasie rzeczywistym; 2) Elasticsearch, wyszukiwarka pozwalająca na przechowywanie i odpytywanie pełnego tekstu danych EHR, a także udostępniająca różne interfejsy programowania aplikacji (API) do osadzania zaawansowanych analiz w silniku; oraz 3) Kibana, interaktywny, internetowy interfejs użytkownika, który umożliwia użytkownikom wyszukiwanie danych w Elasticsearch, tworzenie pulpitów nawigacyjnych wizualizacji i ustawianie alertów o anomaliach lub innych wzorcach zainteresowania na podstawie danych. Co więcej, CogStack zawiera możliwość powiadamiania lekarzy o potencjalnych problemach za pośrednictwem poczty e-mail i SMS-a (SMS), dzięki czemu lekarze otrzymują na czas powiadomienia o zagrożonych pacjentach zgłaszanych przez kalkulator ryzyka.
Prezentujemy model wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy oparty na ePJS w SLaM, wykorzystujący platformę CogStack. W porównaniu z platformą CRIS, która zapewnia mechanizm retrospektywnego dostępu do zanonimizowanej dokumentacji medycznej z ePJS w ujęciu tygodniowym19, platforma CogStack w SLaM umożliwia dostęp do identyfikowalnej elektronicznej dokumentacji medycznej w czasie rzeczywistym, przybliżając alerty do punktu opieki nad pacjentem i przewidywania ryzyka w projekcie prospektywnym, chociaż zarówno platformy CRIS, jak i CogStack wykorzystują dane pochodzące z ePJS w SLaM. W poniższej sekcji przedstawiamy szczegółowe informacje na temat kluczowych kroków w naszym podejściu, w tym przygotowania danych źródłowych z elektronicznej dokumentacji medycznej, pozyskiwania danych źródłowych do platformy CogStack w celu umożliwienia wyszukiwania pełnotekstowego za pośrednictwem usługi Elasticsearch, uruchamiania kalkulatora ryzyka psychozy przy użyciu wątku demona języka Python oraz ustawiania interaktywnych wizualizacji i alertów o ryzyku w czasie rzeczywistym za pośrednictwem interfejsu użytkownika usługi Kibana. Każdy badacz, który dąży do zbudowania systemu wykrywania i ostrzegania o ryzyku w czasie rzeczywistym w oparciu o dane EHR, może zastosować to podejście i jego implementację referencyjną. Jak omówimy poniżej, proponowana metoda wykorzystuje lekkie techniki o otwartym kodzie źródłowym o wysokiej elastyczności i przenośności. Dzięki temu kalkulator ryzyka może być uruchamiany w różnych lokalizacjach i wykazuje dużą przydatność do innych algorytmów szacowania ryzyka. Co więcej, metoda ta działa jako proste podejście do zwiększenia funkcji wykrywania ryzyka i ostrzegania w elektronicznej dokumentacji medycznej wbudowanej w ogólny system opieki zdrowotnej.
To badanie zostało zatwierdzone przez East of England - Cambridgeshire and Hertfordshire Research Ethics Committee (Numer referencyjny: 18/EE/0066).
UWAGA: Opracowaliśmy ten protokół w oparciu o platformę CogStack i język programowania Python. Ten system wymaga Dockera (a dokładniej Docker Compose https://docs.docker.com/compose/), Anaconda Python (https://www.anaconda.com/distribution/) i Git (https://git-scm.com/downloads) wstępnie zainstalowane na urządzeniu. Polecenia zawarte w tym protokole są oparte na środowisku Linux. Poniżej przedstawiono szczegółowe informacje na temat przygotowywania danych źródłowych z bazy danych EHR, pozyskiwania danych do platformy CogStack oraz konfigurowania systemu obliczania ryzyka i ostrzegania w czasie rzeczywistym dla psychozy w oparciu o platformę CogStack. Ponadto opracowano internetową wersję kalkulatora ryzyka, aby ułatwić numeryczne obliczanie prawdopodobieństwa wystąpienia psychozy u danej osoby w podstawowej opiece psychiatrycznej na http://www.psychosis-risk.net.
1. Przygotowanie danych źródłowych
UWAGA: W większości przypadków CogStack pobiera dane źródłowe z określonego widoku bazy danych, który może łączyć dane z jednej lub więcej tabel źródłowej bazy danych, gdzie widok jest przeszukiwalnym obiektem w bazie danych, który zawiera zestaw wyników przechowywanego zapytania dotyczącego danych. Konfiguracja widoku pozyskiwania jest dostosowywana przez określone przypadki użycia i ustawienia wdrażania systemu bazy danych rekordów kondycji. Protokół ten został opracowany w oparciu o kalkulator ryzyka psychozy opracowany i dwukrotnie zewnętrznie zweryfikowany przez Fusar-Poli et al.14,21 oraz w ramach studium wykonalności wdrożenia pilotażowego6. Protokół jest oparty na bazie danych EHR wdrożonej z programem Microsoft SQL Server 2014.
2. Pozyskiwanie danych
3. Kalkulacja ryzyka
4. Wizualizacja danych
5. Ostrzeganie o ryzyku
W tej sekcji przedstawiamy wyniki implementacji, koncentrując się na praktyczności w obsłudze strumieni danych klinicznych w czasie rzeczywistym, przetwarzanych przez kalkulator ryzyka, oraz na usprawnieniu terminowego dostarczania wyników prognostycznych lekarzom. Oceny użyteczności klinicznej systemu, takie jak stopień przestrzegania przez lekarzy rekomendacji sformułowanych przez kalkulator ryzyka, zostaną przedstawione w oddzielnym raporcie po jego ukończeniu.
Import danych źródłowych
Wdrożyliśmy system obliczania ryzyka psychozy i powiadamiania w oparciu o replikowaną bazę danych ePJS w SLaM. Baza replikowana ta synchronizuje dane na żywo z ePJS co 10 minut. W tej replikowanej bazie danych utworzono widok bazy łączący informacje o pacjentach do obliczania ryzyka psychozy, w którym każdy rekord zawiera informacje o jednym pacjencie. Wszystkie rekordy z tego widoku były importowane do platformy CogStack w czasie rzeczywistym (około 0,6 mikrosekundy na rekord w maszynie wirtualnej z 8-rdzeniowym procesorem CPU i 16GB RAM). Do 13 lipca 2019 roku, kiedy przygotowywano niniejszy manuskrypt, do CogStack w celu obliczenia ryzyka psychozy zaimportowano wszystkie rekordy 202 289 pacjentów, u których w SLaM postawiono pierwsze rozpoznanie nieorganicznych i niepsychotycznych zaburzeń psychicznych; dane te zostały zapisane w indeksie Elasticsearch „psychosis_base”. Rysunek 1 przedstawia liczbę rekordów zaimportowanych do CogStack w czasie, w kolejności chronologicznej na podstawie daty ostatniej aktualizacji rekordu. Porównując liczbę i treść rekordów w bazie danych oraz w indeksie Elasticsearch, nie stwierdzono braków ani rozbieżności w danych, co potwierdza niezawodność potoku CogStack Pipeline w zakresie importu i synchronizacji danych.
Walidacja wyników ryzyka
Aby zwalidować wdrożenie detektora ryzyka psychozy w niniejszym protokole, porównaliśmy pacjentów z grupy ryzyka wykrytych przez CogStack (tzw. „wersja CogStack”) z pacjentami wykrytymi przez oryginalny kalkulator ryzyka oparty na CRIS (tzw. „wersja CRIS”). Ponieważ nie opracowano progów służących do przesiewowego wykrywania pacjentów z grupy ryzyka6,14,21, zastosowaliśmy tutaj tymczasowy próg 5% dla ryzyka wystąpienia psychozy w ciągu dwóch lat. Należy zaznaczyć, że tymczasowy próg ten służy jedynie do sprawdzenia, czy system może w praktyce funkcjonować w NHS i może ulec zmianie w przyszłych badaniach. Rzeczywisty próg dla optymalnego wykrywania osób z grupy ryzyka będzie musiał zostać określony w przyszłych badaniach na dużą skalę. W szczególności, najpierw wyodrębniliśmy wszystkich pacjentów, u których ryzyko psychozy w wersji CRIS przekraczało próg (liczba pacjentów N=169). Wszyscy ci pacjenci otrzymali pierwszą diagnozę indeksową nieorganicznego i niepsychotycznego zaburzenia psychicznego w SLaM w okresie od 14 maja 2018 r. do 29 kwietnia 2019 r. Poprzez filtrowanie pacjentów zdiagnozowanych w tym samym okresie czasowym, wyodrębniliśmy następnie N=170 pacjentów, u których ryzyko psychozy w ciągu 2 lat było wyższe niż 0,05 w wersji CogStack. Na koniec porównaliśmy różnice między dwiema grupami pacjentów, przy czym całkowita liczba unikalnych pacjentów w obu grupach wyniosła N=173. Stwierdzono, że 161 pacjentów (co stanowi 93% z 173 pacjentów) miało takie same wyniki w obu wersjach. Wysoki stopień zgodności potwierdza poprawność tego protokołu opartego na CogStack w generowaniu wyników ryzyka.
U 12 pacjentów odnotowano różne wyniki w skali ryzyka w dwóch wersjach. Po analizie elektronicznej dokumentacji medycznej (EHR) pacjentów stwierdzono, że różnica ta wynikała z aktualizacji danych tych pacjentów po obliczeniu wyników ryzyka w wersji CRIS. W szczególności, mimo że predyktory wykorzystywane w kalkulatorze ryzyka, takie jak data urodzenia, płeć i zadeklarowana przynależność etniczna, były zmiennymi statycznymi, w dokumentacji medycznej niektórych pacjentów na wcześniejszym etapie brakowało wartości danej zmiennej lub widniała wartość domyślna (np. nieznana przynależność etniczna), a zmienne te zostały wprowadzone lub zaktualizowane na późniejszym etapie. Może to prowadzić do uzyskania różnych wyników ryzyka na dwóch różnych etapach. Podobnie, pierwsze pierwotne diagnozy indeksowe niektórych pacjentów zostały unieważnione po wstępnym obliczeniu wyniku ryzyka na ich podstawie. W takim przypadku kalkulator ryzyka wyszuka kolejną poprawną diagnozę pierwotną dla danego pacjenta i ponownie obliczy wynik ryzyka. Zaktualizowany wynik ryzyka może również różnić się od początkowego. Ponieważ pierwotny kalkulator ryzyka został opracowany na podstawie danych retrospektywnych w systemie CRIS do celów badawczych, pierwotne potoki przetwarzania kalkulatora nie synchronizowały tych aktualizacji w danych EHR i nie odświeżały wyników ryzyka w odpowiednim czasie. W przeciwieństwie do tego, w wersji CogStack wynik ryzyka pacjenta zostanie przeliczony, jeśli jakiekolwiek dane źródłowe pacjenta zostaną zaktualizowane, co pozwala temu kalkulatorowi opartemu na CogStack dostarczać najbardziej wiarygodne i aktualne wyniki ryzyka dla pacjentów. Wyniki te wyraźnie podkreślają niezawodność wyników ryzyka w niniejszym protokole.
Wizualizacja wyników i powiadamianie o ryzyku
Aby zademonstrować możliwości systemu CogStack w zakresie wizualizacji danych, zbudowaliśmy pulpit nawigacyjny zawierający informacje o pacjentach z grupy ryzyka psychozy. Podobnie jak podczas wcześniejszych testów wykonalności, za pacjentów z grupy ryzyka uznano osoby, u których ryzyko wystąpienia psychozy w ciągu dwóch lat przekraczało 5%. Rysunek 2 przedstawia wizualizację charakterystyki pacjentów z grupy ryzyka psychozy, w tym etniczność, płeć, wiek oraz kategorie diagnoz. Poza wizualizacją wyników ryzyka za pomocą interfejsów webowych (np. Kibana), niniejszy protokół umożliwia przesyłanie powiadomień o ryzyku do użytkowników lub klinicystów poprzez inne kanały komunikacji, takie jak poczta elektroniczna. Rysunek 3 przedstawia interfejs konfiguracji usługi powiadamiania o ryzyku z wykorzystaniem komponentu Watch w Kibana. Po pomyślnej konfiguracji tej usługi użytkownicy mogą otrzymywać powiadomienia e-mail w przypadku wystąpienia jednego lub więcej pacjentów, których ryzyko psychozy w ciągu dwóch lat jest wyższe niż 5%. Rysunek 4 przedstawia przykład takich powiadomień e-mail, w których raportowana jest liczba pacjentów z grupy ryzyka oraz dzielnice, w których zamieszkują. Ponieważ wymagane są dalsze prace nad dostosowaniem sposobu komunikowania przewidywanych wyników ryzyka psychozy, powiadomienia o ryzyku nie były przesyłane bezpośrednio do klinicystów. W celu przetestowania wykonalności technologicznej wszystkie powiadomienia w niniejszym badaniu były przesyłane od badacza technicznego (T.W.) do badacza klinicznego (D.O.) za pośrednictwem systemu poczty elektronicznej SLaM wewnątrz zabezpieczonej sieci. W powiadomieniu zawarto jedynie zagregowane statystyki informacji o pacjentach; nie dołączono żadnych danych umożliwiających identyfikację osób.

Rysunek 1: Dane źródłowe wprowadzone do systemu CogStack. Do indeksu Elasticsearch „psychosis_base" do 13 lipca 2019 r. wprowadzono łącznie 202 289 rekordów, a histogram przedstawia liczbę rekordów wprowadzonych w czasie, uporządkowaną według daty ostatniej aktualizacji rekordu. Na tej stronie można również odpytywać informacje ustrukturyzowane i nieustrukturyzowane oraz uzyskiwać wyniki wyszukiwania zgodne z zapytaniem. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Panel charakterystyki pacjentów z grupy ryzyka psychozy (tzn. ryzyko wystąpienia psychozy w ciągu 2 lat wyższe niż 0,05). (a) Rozkład grup etnicznych pacjentów z grupy ryzyka, gdzie zewnętrzne wykresy kołowe stanowią podkategorie kategorii etnicznej z wykresów wewnętrznych. (b) rozkład płci pacjentów, (c) rozkład wieku pacjentów w momencie diagnozy oraz (d) liczba pacjentów w poszczególnych grupach diagnoz. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 3: Konfiguracja i symulacja funkcji Watch w celu powiadamiania o ryzyku. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 4: Przykład e-maila z ostrzeżeniem o ryzyku. Liczba pacjentów z ryzykiem psychozy w każdej z Grup Zamawiania Klinicznego (CCG) została podana w nawiasach. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Zademonstrowaliśmy pierwszą implementację EHR systemu wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy w czasie rzeczywistym opartego na CogStack, platformie wyszukiwania i ekstrakcji informacji typu open source. Postępując zgodnie z tym podejściem, można przekształcić i pozyskać duży zestaw danych klinicznych w różnych formatach, w tym informacje ustrukturyzowane i nieustrukturyzowane, do instancji CogStack, aby umożliwić wyszukiwanie pełnotekstowe, interaktywne analizy i wizualizację danych, a także ostrzeganie w czasie rzeczywistym lekarzy o pacjentach zagrożonych psychozą. Chociaż oryginalny kalkulator ryzyka psychozy został zweryfikowany w badaniach pilotażowych w kilku NHS Trusts, aczkolwiek przy użyciu retrospektywnych danych pacjentów 6,14,21, ten eksperymentalny projekt stanowi pierwszą bazę dowodową, że ten kalkulator ryzyka może być powielany i wdrażany do użytku w czasie rzeczywistym. Takie podejście umożliwia automatyczne dostarczanie wyników prognostycznych do klinicystów za pośrednictwem istniejących kanałów powiadomień klinicznych, takich jak poczta elektroniczna, w czasie rzeczywistym. To wyraźnie pokazuje techniczną wykonalność przeprowadzenia badania skuteczności na dużą skalę w celu oceny ostatecznej użyteczności klinicznej tego kalkulatora ryzyka w świecie rzeczywistym.
Protokół ten jest empirycznie innowacyjny, ponieważ nie istnieje podobny system wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy. Co więcej, protokół ten ma dużą możliwość uogólnienia w zastosowaniach klinicznych, szczególnie ze względu na unikalne mocne strony naszego podejścia. Z teoretycznego punktu widzenia wykorzystaliśmy model przewidywania ryzyka, który został opracowany w oparciu o dużą retrospektywną kohortę pozbawioną identyfikacji z SLaM NHS Trust. SLaM zapewnia wtórną opiekę w zakresie zdrowia psychicznego populacji 1,36 miliona osób w południowym Londynie i ma jeden z najwyższych zarejestrowanych wskaźników psychozy na świecie. Ta duża kohorta, która charakteryzuje się dużą różnorodnością cech socjodemograficznych i diagnostycznych, pozwala nam opracować model przewidywania ryzyka, który prawdopodobnie nie będzie stronniczy w stosunku do populacji o określonych cechach. Jest to poparte dowodami na to, że dokładność prognostyczna tego kalkulatora ryzyka została już dwukrotnie powtórzona w dwóch różnych bazach danych14,21, w tym jednej poza SLaM. Kolejną teoretyczną zaletą tego modelu ryzyka jest to, że jako predyktory wykorzystano podstawowe informacje demograficzne i diagnozę kliniczną. Takie informacje są wszechobecne w elektronicznych danych klinicznych i w rzeczywistości wykazano, że brakujące dane dla tych predyktorów są stosunkowo rzadkie w naszych poprzednich badaniach14,21. Wysoka dostępność informacji na potrzeby tworzenia predyktorów umożliwia przeprowadzenie kalkulatora ryzyka na dużej liczbie próbek pacjentów w różnych sektorach wtórnej opieki psychiatrycznej. Ponadto kalkulator ryzyka jest ogólnym algorytmem, który jest odpowiedni dla wszystkich osób zagrożonych rozwojem psychozy w ramach wtórnej opieki psychiatrycznej, niezależnie od wieku. Oznacza to, że ten kalkulator jest odpowiedni nie tylko dla przedziału wiekowego 15-35 lat szczytowego ryzyka psychozy16, ale także dla osób spoza tego przedziału, wykazując wysoki stopień uogólnienia.
Z praktycznego punktu widzenia zarówno kalkulator ryzyka, jak i platforma CogStack są lekkimi usługami typu open source, które nie wymagają technik wymagających dużej ilości zasobów ani kosztownej infrastruktury. Taka tania i łatwa do wdrożenia platforma może zmniejszyć bariery w jej przyjęciu w rzeczywistych warunkach klinicznych. Ponadto nasze rozwiązanie pokonuje główną barierę wdrożeniową: systemy szacowania ryzyka zapewniają niewielką wartość, chyba że są używane przez klinicystów w codziennej praktyce25. W szczególności nasze podejście uzyskuje dostęp do danych z elektronicznej dokumentacji medycznej, przeprowadza analizy niezależnie od systemu elektronicznej dokumentacji medycznej i może przesyłać wyniki analiz z powrotem do lekarzy za pośrednictwem istniejących kanałów powiadomień. Ta metoda nie wymaga modyfikacji logiki biznesowej w istniejących systemach i może działać jako samodzielna usługa wspierająca i rozszerzająca istniejące systemy wspomagania decyzji klinicznych. Dzięki temu protokół ma wysoką kompatybilność z istniejącymi wcześniej systemami klinicznymi i może być łatwo zintegrowany z rutynową praktyką kliniczną. Co więcej, protokół zapewnia przyjazne dla użytkownika interfejsy do wyszukiwania, analizowania i wizualizacji danych klinicznych, które ułatwiają lekarzom interpretację i badanie wyników ryzyka.
Ten protokół ma również swoje ograniczenia. Po pierwsze, skuteczność tego protokołu nie została oceniona w rutynowej praktyce klinicznej. Badanie to koncentrowało się na technicznych testach wykonalności wdrożenia systemu wykrywania i ostrzegania o ryzyku psychozy w czasie rzeczywistym w lokalnej elektronicznej dokumentacji medycznej. Aby dokładniej ocenić skuteczność tego systemu w rutynowej praktyce klinicznej, potrzebne są przyszłe randomizowane badania kontrolowane na dużą skalę6. Drugim ograniczeniem jest to, że przewidywania ocen ryzyka w tym protokole zostały wykonane na podstawie pierwszych diagnoz pierwotnych, które są danymi statycznymi zebranymi w jednej migawce. Jednak objawy CHR-P z natury ewoluują w czasie. Niedawno opracowano dynamiczną wersję kalkulatora ryzyka psychozy, w której modele predykcyjne mogą być dynamicznie aktualizowane w celu odzwierciedlenia zmian. Przyszłe prace będą koncentrować się na integracji tego dynamicznego kalkulatora z obecnym protokołem.
Najważniejszym krokiem w tym podejściu było zidentyfikowanie danych EHR, które zostały wykorzystane do wyodrębnienia predyktorów w kalkulatorze ryzyka. Może to również obejmować tworzenie mapowań elementów danych, gdy system elektronicznej dokumentacji medycznej wykorzystywał model danych inny niż ten używany w tym protokole, na przykład odrębne systemy kodowania dla grup etnicznych pacjentów. Udostępniliśmy cały kod źródłowy i definicje mapowania online (https://github.com/cogstack-slam/psychosis). Na podstawie tych materiałów można by odtworzyć rozmieszczenie lub dostosować kalkulator w zależności od własnych okoliczności. Kolejnym krytycznym krokiem było utworzenie widoku bazy danych do pozyskiwania danych w CogStack. Ponieważ operacje sprzężenia relacyjnego (tj. łączenie kolumn z co najmniej jednej tabeli bazy danych) w Elasticsearch mogą prowadzić do wysokich kosztów obliczeniowych, przeprowadziliśmy te operacje sprzężenia w bazie danych EHR, tworząc widok bazy danych. W tym widoku połączono wszystkie informacje potrzebne do wyodrębnienia predyktorów w kalkulatorze ryzyka oraz dwa kluczowe pola, które były używane przez potoki CogStack do partycjonowania danych podczas pozyskiwania danych. Pierwsze pole jest unikatowym kluczem podstawowym dla każdego rekordu w widoku ("patient_id" użył tego protokołu), a drugie jest sygnaturą czasową, kiedy rekord został ostatnio zmodyfikowany. Jeśli te dwa pola nie zostały ustawione prawidłowo, CogStack może nie synchronizować aktualizacji danych w bazie danych EHR w odpowiednim czasie. Szczegółowe instrukcje dotyczące rozwiązywania problemów z pozyskiwaniem danych CogStack są dostępne w https://cogstack.atlassian.net/wiki/spaces/COGDOC/overview i https://github.com/CogStack/CogStack-Pipeline.
Protokół ten jest wysoce przenośny i może być łatwo wdrożony w NHS Trusts, które mają platformę CRIS lub CogStack. Do tej pory platforma CRIS – w tym procedury wyrażania zgody – została w pełni opisana w innym miejscu i jest obecnie rozwijana w 12 NHS Trusts w Wielkiej Brytanii, wykorzystując ponad 2 miliony zanonimizowanych rekordów pacjentów (https://crisnetwork.co/). Podobnie, platforma CogStack została wdrożona nie tylko w SLaM, ale także w innych funduszach NHS w całej Wielkiej Brytanii, takich jak University College London Hospitals (UCLH), King's College Hospital (KCH), Guy's and St Thomas' (GSTT) oraz Mersey Care NHS Trusts. Fundusze powiernicze, które nie mają takiej platformy, mogą korzystać z internetowej wersji kalkulatora ryzyka (http://psychosis-risk.net) lub zbudować ten protokół od podstaw w oparciu o ten rękopis i nasze dokumenty online. Chociaż protokół ten został opracowany do wykrywania ryzyka psychozy, projekt architektoniczny tego protokołu nie jest powiązany z tym konkretnym przypadkiem użycia. Protokół jest na tyle elastyczny, że pozwala na rekonfigurację i zmianę przeznaczenia komponentów monitorowania i ostrzegania w czasie rzeczywistym dla innych obszarów pomiaru ryzyka, takich jak niepożądane reakcje na leki, umożliwiając w ten sposób lekarzom podjęcie w odpowiednim czasie działań w celu poprawy opieki nad pacjentem, bezpieczeństwa i doświadczenia.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie jest finansowane i jest bezpośrednim wynikiem nagrody King's College London Confidence in Concept przyznanej przez Radę Badań Medycznych (MRC) (MC_PC_16048) dla PFP. RD i AR były wspierane przez: (a) Maudsley Charity; b) Centrum Badań Biomedycznych Narodowego Instytutu Badań nad Zdrowiem (NIHR) w południowym Londynie oraz Maudsley NHS Foundation Trust i King's College London; c) Health Data Research UK, które jest finansowane przez Brytyjską Radę ds. Badań Medycznych, Radę ds. Badań Inżynieryjnych i Fizycznych, Radę ds. Badań Ekonomicznych i Społecznych, Departament Zdrowia i Opieki Społecznej (Anglia), Biuro Głównego Naukowca Dyrekcji ds. Zdrowia i Opieki Społecznej Rządu Szkocji, Wydział Badań i Rozwoju Zdrowia i Opieki Społecznej (rząd walijski), Agencję Zdrowia Publicznego (Irlandia Północna), British Heart Foundation i Wellcome Trust; d) Konsorcjum BigData@Heart, finansowane przez Wspólne Przedsięwzięcie na rzecz Inicjatywy w zakresie Leków Innowacyjnych-2 na podstawie umowy o udzielenie dotacji nr 116074. Niniejsze wspólne przedsięwzięcie otrzymuje wsparcie z programu Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji "Horyzont 2020" oraz EFPIA; przewodniczą mu DE Grobbee i SD Anker, współpracując z 20 partnerami akademickimi i przemysłowymi oraz ESC; oraz e) Narodowy Instytut Badań nad Zdrowiem, University College London Hospitals, Centrum Badań Biomedycznych. Te organy finansujące nie odgrywały żadnej roli w opracowywaniu badania, gromadzeniu danych i analizach. Wyrażone poglądy są poglądami autora (autorów), a niekoniecznie poglądami NHS, NIHR lub Departamentu Zdrowia.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| CogStack-Pipeline | King's College London Oprogramowanie | open source | |
| Elasticsearch | Elastic NV | Open Source Search & Analytics | |
| Kibana | Elastic NV | Wtyczka do wizualizacji danych typu open source dla | |
| pakietów Elasticsearch Python ("elasticsearch", "elasticsearch_dsl", "pandas" i "numpy")Społeczność | Pakiety open source |