Ferramenta de suporte à decisão e prática clínica em unidades de cuidados neonatais e pediátricos

julho de 2015

Escola de Engenharia

Tiago André Saraiva Guimarães

UMinho|20

15

Tiago Andr

é Sar

aiva Guimarães

Ferramenta de Suporte à Decisão e Prática

Clínica em Unidades de Cuidados

Neonatais e Pediátricos

Dissertação de Mestrado

Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica

Ramo de Informática Médica

Trabalho efetuado sob a orientação do

Professor Doutor José Manuel Ferreira Machado

julho de 2015

Universidade do Minho

Escola de Engenharia

Tiago André Saraiva Guimarães

Ferramenta de Suporte à Decisão e Prática

Clínica em Unidades de Cuidados

Nome: Tiago André Saraiva Guimarães

Endereço eletrónico: tiago.sguimaraes@gmail.com Cartão de Cidadão: 14170113

Título da Dissertação: Ferramenta de Suporte à Decisão e Prática Clínica em Unidades de Cuidados Neonatais e Pediátricos

Orientador: Professor Doutor José Manuel Ferreira Machado

Ano de conclusão: 2015

Designação do Mestrado: Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica Ramo de Informática Médica

É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA DISSERTAÇÃO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLA-RAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE. Universidade do Minho, / /

Agradecimentos

Em primeiro lugar, gostaria de expressar a minha gratidão ao meu orien-tador, o Professor Doutor José Machado, por toda a disponibilidade e apoio prestado ao longo da dissertação.

Não posso ainda deixar de agradecer ao Dr. Simão Frutuoso, que desde o inicio acompanhou de perto o trabalho. Incansável na resposta a dúvi-das, sugestão de alterações a efetuar à plataforma e explicação de conceitos médicos relacionados com o projeto.

Gostaria igualmente de agradecer ao Professor Doutor António Abelha, ao Professor Doutor Manuel Filipe Santos e ao Professor Doutor Carlos Filipe Portela por todo o apoio e incentivo manifestados no decorrer do projeto. As suas sugestões e conselhos foram muito importantes, pertinentes e essenciais para a conclusão deste projeto.

Agradeço também ao Hospital de Santo António, mais concretamente ao Serviço de Sistemas de Informação, por todo o apoio que me foi facultado, pela oportunidade de desenvolver o meu trabalho, contando sempre com a colaboração dos profissionais de saúde inseridos neste hospital.

Aos meus amigos, sejam de longa data ou os que conheci durante o per-curso académico, agradeço por todo o apoio e motivação oferecidos.

Quero agradecer também à minha família, aos meus pais e irmãos, que sempre me apoiaram nos momentos e nas decisões mais importantes, nas alturas certas.

Finalmente, um agradecimento muito especial à Mariana, por me ter apoiado, nos bons e maus momentos. Especialmente por toda a paciência que teve comigo ao longo deste percurso. Sem o seu apoio teria sido muito mais complicado.

Resumo

As crianças são uma população especialmente vulnerável, nomeadamente no que diz respeito à administração de medicamentos e necessidade de nu-trição. Estima-se que os doentes neonatais e pediátricos são pelo menos três vezes mais vulneráveis a danos causados devido a eventos adversos e erros de medicação do que a população adulta.

O desenvolvimento de uma plataforma que suporte os médicos pediatras no exercício das suas funções diárias, de forma a reduzir o erro médico, é o principal objetivo deste projeto. A sua necessidade foi identificada por um médico pediatra em exercício de funções no Hospital de Santo António no Porto, de forma a que falhas existentes na ferramenta em uso fossem colmatadas e ainda novas funcionalidades fossem desenvolvidas.

Com a presente dissertação foi procurada ainda uma abordagem que per-mitisse o desenvolvimento de um canal de passagem de informação entre os médicos e a Farmácia Hospitalar, e que este sistema pudesse ser altamente escalável, sendo facilmente replicado em qualquer Instituição de Saúde.

O desenvolvimento do sistema foi sempre acompanhado por um médico pediatra, sendo este testado e refinado ao longo desse período. Por fim, uma versão para testes da aplicação é lançada assim como um questionário que pretende avaliar a mesma.

Abstract

Children are a particular vulnerable population, namely when it comes to drug’s administration and nutricional needs. It is estimated that neona-tal and pediatric patients are three times more vulnerable to damage from adversal events and medication errors than the adult population.

The main objective of this project is the development of a platform that supports the pediatrician in their daily functions, in order to reduce the medical error. This need was identified by a pediatrician working in the Hospital de Santo António, in Porto, to improve the tool’s weaknesses and develop new funcionalities.

In this dissertation was also searched an approach that would allow the development of a link between the doctors and the hospital pharmacy, and that this system could be repicable and easily reproduced in every other health institution.

The system development was supervised by a pediatrician, being tested and refined all along. At last, an aplication version to tests is launched as well as an avaliation questionnaire.

Conteúdo

2.2 Sistemas de informação hospitalar . . . 11

2.3 Interoperabilidade . . . 12

2.4 Sistema de Apoio à Decisão Clínica . . . 15

3 Metodologia de Investigação e ferramentas 23 3.1 Metodologia de Investigação . . . 23

3.2 Programação em Java . . . 24

3.3 Framework Django . . . 25

3.4 Framework .NET . . . 27

3.5 Base de dados . . . 29

4 Plataforma de Apoio à Prática Clínica 31 4.1 Arquitectura . . . 32

4.2 Descrição dos Componentes . . . 35

4.2.1 Servidor Web . . . 35 ix

4.2.2 Componentes intra-Instituição de Saúde . . . 43

4.3 Análise Critica . . . 67

5 Prova de Conceito 69 5.1 Análise SWOT . . . 69

5.1.1 Enquadramento Teórico . . . 69

5.1.2 Análise SWOT da Plataforma . . . 71

5.2 Modelo de Aceitação da Tecnologia (MAT) . . . 73

5.3 Estudo de Usabilidade . . . 74 6 Conclusões 79 6.1 Contributos . . . 79 6.2 Trabalho Futuro. . . 80 Bibliografia 83 Apêndices 91 A Glossário 93 B Publicações 95 B.1 Step towards Multiplatform Framework for supporting Pedia-tric and Neonatology Care Unit decision process . . . 95

B.2 LP and ANN in Breast Cancer Detection . . . 96

Lista de Figuras

3.1 Diagrama de processamento de uma aplicação em Django . . . 26

4.1 Arquitetura da Plataforma desenvolvida . . . 34

4.2 Comunicação entre as aplicações numa Instituição de Saúde e o Servidor Web . . . 36

4.3 Página de autenticação para os administradores . . . 37

4.4 Página de gestão de Utilizadores da Plataforma . . . 38

4.5 Página para alterar os dados de um Utilizador . . . 38

4.6 Página Inicial da Aplicação Web (com e sem a abertura de menu) . . . 39

4.7 Página de autenticação da Aplicação Web . . . 40

4.8 Página de Registo de utilizadores da Aplicação Web . . . 40

4.9 Página de contacto da Aplicação Web . . . 41

4.10 Página de Downloads da Aplicação Web . . . 42

4.11 Comunicação dentro de uma Instituição de Saúde . . . 43

4.12 Interface de autenticação da aplicação dos médicos . . . 45

4.13 Página inicial da Aplicação Médica . . . 46

4.14 Criação de uma nova folha de prescrição de Nutrição Paren-térica Total (NPT) . . . 49

4.15 Consulta de Histórico de prescrições de NPT . . . 49

4.16 Consulta de pedidos efetuados de NPT à Farmácia Hospitalar 50 4.17 Folha de Emergência de Pediatria . . . 51

4.18 Interface para o cálculo de dosagens para Dopamina e Dobu-tamina . . . 52

4.19 Interface para o cálculo de dosagens para Adrenalina e

Nora-drenalina. . . 53

4.20 Interface para o cálculo de dosagens para Midazolan e Morfina 53 4.21 Interface para o cálculo de dosagens para Fentanil e Vecurónio 54 4.22 Interface para a avaliação do nível de consciência segundo a Escala de Coma de Glasgow (ECG) . . . 55

4.23 Interface para o Cálculo do Pediatric Index of Mortality II (PIM II) . . . 56

4.24 Interface para o Cálculo do Pediatric Risk of Mortality (PRISM) 57 4.25 Interface para o Cálculo do Pediatric Logistic Organ Dysfunc-tion (PELOD). . . 58

4.26 Interface para o Cálculo do Clinical Risk Index for Babies (CRIB) . . . 59

4.27 Interface para o Cálculo do Clinical Risk Index for Babies II (CRIB II) . . . 59

4.28 Interface para o Cálculo do Score for Neonatal Acute Physio-logy (SNAP) e Score for Neonatal Acute PhysioPhysio-logy Perinatal Extension II (SNAPPE II) . . . 60

4.29 Interface para o Cálculo do Neonatal Therapeutic Intervention Scoring System (NTISS) . . . 61

4.30 Interface para cálculo de percentis antropométricos para bebés das 22 às 44 semanas . . . 62

4.31 Interface para cálculo do Índice Ponderal de Rohrer . . . 63

4.32 Interface para cálculo da Superfície Corporal (SC) . . . 63

4.33 Interface para cálculo da altura em adulto estimada . . . 64

4.34 Interface Principal da Aplicação da Farmácia - SabiPharma . 65 4.35 Interface para pesquisa de pedidos já elaborados . . . 66

4.36 Interface das opções da aplicação . . . 67

5.1 Matriz Strengths Weaknesses Opportunities and Threats (SWOT) 70 5.2 Modelo de Aceitação da Tecnologia . . . 74

Acrónimos

AG Algoritmo Genético. 19, 20

API Application Programming Interface. 24

BD Base de Dados. 4,26, 44

CHP Centro Hospitalar do Porto. 74, 77,80

CLR Common Language Runtime. 27

CPU Central Processing Unit . 94

CRIB Clinical Risk Index for Babies. xii, 54, 58,59

CRIB II Clinical Risk Index for Babies II . xii, 58,59

ECG Escala de Coma de Glasgow. xii, 54, 55

EHR Electronic Health Records. 81

GUI Graphical User Interface. 24

HTML HyperText Markup Language. 13, 25, 27,28, 93

HTTP Hypertext Transfer Protocol . 33

IA Inteligência Artificial. 17

IDE Integrated Development Environment . 23, 24

IM Informática Médica. 1, 2

IMC Índice de Massa Corporal. 50,62

IPR Índice Ponderal de Rohrer. 62

LCIM Levels of Conceptual Interoperability Model . 13

MAT Modelo de Aceitação de Tecnologia. 7, 73

MVC Model View Controller . 25

NPT Nutrição Parentérica Total. xi, 5,32, 39, 43,46–50, 71, 72

NTISS Neonatal Therapeutic Intervention Scoring System. xii, 54, 55, 60,

61

PCE Processo Clínico Eletrónico. 32

PDF Portable Document Format. 48

PELOD Pediatric Logistic Organ Dysfunction. xii, 54, 58

PIM II Pediatric Index of Mortality II . xii, 54, 56

PRISM Pediatric Risk of Mortality. xii, 54, 56,57

RAM Random Access Memory. 24, 29

RCE Registos Clínicos Eletrónicos. 81

RN Recém-nascido. 47, 48

RNA Rede Neuronal Artificial. 19,20

SAD Sistema de Apoio à Decisão. 15

SADC Sistema de Apoio à Decisão Clínica. 5,9, 15,16, 18, 19

SC Superfície Corporal. xii, 62, 63

SI Sistema de Informação. 11–14

SIH Sistema de Informação Hospitalar. 1, 2, 11,12, 31, 32, 81

SNAP Score for Neonatal Acute Physiology. xii, 54,59, 60

SNAPPE II Score for Neonatal Acute Physiology Perinatal Extension II .

xii, 54, 59,60

SOAP Simple Object Access Protocol . 33

SQL Structured Query Language. 29

SWOT Strengths Weaknesses Opportunities and Threats. x, xii,5, 7, 69–71

TAM Technology Acceptance Model . 7, 73

TI Tecnologias de Informação. 9, 10,12, 15, 73

UCI Unidade de Cuidados Intensivos. 56, 57, 71

URI Uniform Resource Identifier . 33

URL Uniform Resource Locator. 25,26

USB Universal Serial Bus. 13

Capítulo 1

Introdução

A presente dissertação serve o propósito de descrever o Projeto de desen-volvimento de uma aplicação que se destina ao auxílio à pratica médica, por parte dos médicos pediatras e neonatologistas, denominada de Sabichão. O projeto surge no âmbito da dissertação de mestrado do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica da Universidade do Minho.

No seguimento deste capítulo, será apresentada uma contextualização e um enquadramento do tema, onde expõe as principais áreas e temas relacio-nados, assim como serão exemplificados os objetivos propostos para o desen-volvimento da presente dissertação. Por último, é apresentada a estrutura da dissertação.

1.1

Contextualização e Enquadramento

A gestão da informação constitui uma grande parte da atividade dos pro-fissionais de saúde. Após muitos anos de desenvolvimento de Sistemas de

Informação Hospitalar (SIHs), tem-se observado um grande foco nas

neces-sidades de todos os profissionais ligados a esta área, para apoio à educação, à tomada de decisão, comunicação, e muitos outros aspetos da sua atividade profissional.

Aliando a ciência da computação às ciências da saúde, a Informática

Médica (IM) é o campo que se encarrega de todos os processos inerentes à

realização dessas tarefas. [1]

Recorrendo à utilização e disseminação destes SIH tem-se procurado a otimização da prestação de cuidados de saúde, tendo em conta os aspetos tecnológicos e os aspetos económicos.

Têm sido, portanto, um assunto cada vez mais atrativo no âmbito da investigação científica, providenciando aos profissionais de saúde o acesso à informação médica do paciente aquando da tomada de decisão, garantindo um maior apoio nesta. Desta forma é possível não só reduzir o número como também a incidência de erros médicos. Por outro lado, a IM também se concentra na gestão de dados clínicos para posterior análise/pesquisa para fins de gestão, diagnóstico e/ou investigação.

Devido à sua especificidade, osSIHsformam um ambiente complexo cons-tituído por sistemas heterogéneos, distribuídos e ubíquos, que comunicam de diferentes formas. Integram equipamentos médicos específicos que pode-rão ter sido desenvolvidos por entidades diferentes, com diferentes objetivos. Com o avanço da tecnologia, todos os dias são desenvolvidos novos sistemas, com o objetivo de ajudar os profissionais de saúde nas suas tarefas diárias. Contudo esses sistemas são geralmente construídos de uma forma isolada causando impacto no ambiente no qual são inseridos. Esse impacto é especi-almente relevante no que diz respeito à informação que produzem, formando ao longo do tempo ilhas isoladas de dados, limitando dessa forma o fluxo de informação [2,3].

Emerge, então, a necessidade de introduzir neste ambiente a perceção de integração e de interoperação. A integração tem como principal objetivo adquirir e reunir informações de diferentes sistemas fortalecendo a sua po-tencialidade, enquanto que a interoperabilidade concentra-se na comunicação contínua e troca de informação entre sistemas, de forma a operarem em con-junto para um objetivo mútuo. O principal objetivo da interoperabilidade, integrada num ambiente hospitalar, é conectar os diversos sistemas e garantir que a informação é partilhada e distribuída para os profissionais de saúde, quando e onde eles necessitam dela. Interoperabilidade deixa assim de ser uma opção tecnológica passando a ser um requisito fundamental para uma prestação de cuidados de saúde eficaz, garantindo assim a saúde e o bem

1.2. MOTIVAÇÃO 3 estar de milhões de pacientes em todo o mundo [4–6].

1.2

Motivação

As tarefas diárias de um profissional de saúde, especialmente na área pediátrica e neonatal, compreendem o estudo de muitos fatores essenciais para garantir a normalidade de parâmetros fisiológicos e biológicos nos seus pacientes. Para tal, precisam de consultar muitas tabelas e gráficos, para consulta de percentis (de peso, altura, índice de massa corporal, e superfície corporal), assim como os valores normais de pressão sanguínea, hemoglobina e bioquímica do sangue. [7]

Como a literatura demonstra, os erros de medicação na especialidade pediátrica são muito frequentes e efeitos adversos consequentes a isto podem ser evitados.

Dados recolhidos acerca de erros na medicação afirmam que cerca de 8% destes correspondem à especialidade pediátrica. É também estimado que 3% dos pacientes hospitalizados desenvolvem reações severas como consequência da administração de medicação durante o seu tratamento. Diversos estudos ainda afirmam que os médicos têm dificuldades em efetuar as operações ma-temáticas necessárias, o que resulta em erros nas dosagens das medicações. Em alguns casos, os erros na prescrição e administração de medicamentos levaram a dosagens até dez vezes superiores ou inferiores às corretas. Erros tão relevantes como estes podem ser potencialmente perigosos para os pacien-tes e, caso não sejam intercetados a tempo podem causar danos temporários ou até permanentes. [7–9] Os cálculos constantes e a grande quantidade que estes profissionais têm de consultar tabelas pode, não só aumentar o tempo dedicado a cada consulta como também aumentar o risco de erros de cálculo ou leitura.

Há vários fatores que explicam como profissionais de tão elevado nível de educação são tão propícios a erros nas dosagens de medicação. Na es-pecialidade pediátrica, os médicos têm pacientes em diferentes estágios de desenvolvimento e de pesos muito discrepantes que podem sofrer rápidas va-riações físicas e fisiológicas, tornando uma necessidade o constante ajuste de

dosagens. Em todos os pacientes pediátricos, as dosagens são baseadas na sua idade, no seu peso e, em alguns casos, na sua superfície corporal. Outro problema com que os profissionais de saúde pediátricos se deparam é que alguns medicamentos, como os parentéricos, não vêm com uma apresentação pediátrica. Cálculos poderão ser necessários nas várias etapas do processo de medicação, como a prescrição e a preparação.

A presente dissertação procura disponibilizar todo um conjunto de fer-ramentas que procuram a automação deste tipo de tarefas, simplificando as tarefas deste tipo de profissionais, poupando tempo, diminuído o erro hu-mano durante este tipo de cálculo, aumentando, portanto a qualidade da prestação de saúde.

1.3

Objetivos

Como referido anteriormente, a presente dissertação tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma plataforma que visa melhorar a tomada de decisão médica dos profissionais de saúde das áreas de Neonatologia e Pediatria, de qualquer instituição do país, assim como facilitar a comunicação entre os serviços e as farmácias hospitalares associadas a estes.

Para a realização do objetivo principal proposto, este foi dividido em objetivos mais específicos:

1. Desenvolvimento de uma aplicação Web

• Criação de registo dos utilizadores • Download das diferentes aplicações:

– Médico – Farmácia

• Instruções sobre a integração da ferramenta numa nova instituição de saúde:

– Download dos Web Services necessários;

– Criação daBase de Dados (BD)de suporte para comunicação entre as aplicações e armazenamento de histórico;

1.4. ESTRUTURA DO DOCUMENTO 5 – Configurar as aplicações para acederem aos Web Services. 2. Desenvolvimento de uma aplicação a ser usada pelos médicos

• Sistema de Apoio à Decisão Clínica (SADC):

– Desenvolvimento de soluções de Nutrição Parentérica Total

(NPT);

– Envio dos pedidos de NPTpara a farmácia; – Apoio no cálculo de dosagens de medicamentos;

– Elaboração de diversas escalas médicas para avaliação proba-bilística de morbilidade, de coma, entre outras;

– Cálculo de percentis antropométricos.

3. Desenvolvimento de uma aplicação a ser usada nas farmácias hospita-lares

• Receção dos pedidos de NPT; • Impressão da folha de prescrição;

• Impressão dos rótulos para as bolsas das soluções relativas aos pedidos.

4. Realização de testes e estudos à aplicação

• Análise SWOT (Strengths Weaknesses Opportunities and Thre-ats);

• Modelo de Aceitação da Tecnologia (MAT) • Análise de Usabilidade;

1.4

Estrutura do Documento

O presente documento encontra-se organizado em seis capítulos: intro-dução, estado da arte, metodologia de investigação, plataforma de apoio à decisão e prática clínica, prova de conceito e por fim, conclusão e trabalho futuro.

Este primeiro capítulo apresenta uma breve contextualização e enquadra-mento do trabalho, as motivações, os objetivos e a estrutura completa da dissertação. Seguem-se os seguintes capítulos:

Capítulo 2 - Estado da Arte

No Capítulo 2, são apresentados conceitos teóricos importantes para este estudo, nomeadamente, Tecnologias de Informação Hospitalar, Sistemas de Informação Hospitalar, Interoperabilidade e Sistemas de Apoio à Decisão Clínica.

Capítulo 3 - Metodologia de Investigação

O Capítulo 3 apresenta a metodologia de investigação adotada assim como estão expostas as tecnologias e ferramentas utilizadas para o desenvolvimento do presente projeto. São explorados as linguagens e o Software escolhidos no decorrer do projeto. Inicialmente será exposto o Software utilizado no desen-volvimento das aplicações destinadas aos médicos e à farmácia (Netbeans), desenvolvidos em Java. De seguida é apresentada a Framework Django, uti-lizada para o desenvolvimento da AplicaçãoWeb, e a ferramenta utilizada no seu desenvolvimento, PyCharm. É ainda apresentada a Framework .NET, expondo as suas principais características bem como algumas das classes uti-lizadas. Por fim, serão apresentadas as base de dados (Oracle e MySQL), mencionando algumas das tabelas utilizadas assim como as tabelas criadas para este projeto.

Capítulo 4 - Plataforma de apoio à Prática Clínica

Pediátrica e Neonatal

O Capítulo 4 apresenta, como o próprio nome indica, a plataforma desen-volvida ao longo desta dissertação. São descritas as principais funcionalidades e a arquitetura da plataforma, seguindo-se uma descrição pormenorizada de cada um dos seus componentes, referindo as suas funções, a programação que a integra e toda a arquitetura que a suporta.

1.4. ESTRUTURA DO DOCUMENTO 7 São descritos, o desenvolvimento da aplicação Web, o desenvolvimento das aplicações dos médicos e da farmácia e a criação dos Web Services.

Capítulo 5 - Prova de conceito

O Capítulo 5 apresenta a prova de conceito realizada à metodologia pro-posta neste projeto. Está subdividido em duas secções referentes às duas análises/estudos efetuados: AnáliseStrengths Weaknesses Opportunities and

Threats (SWOT), estudo de Usabilidade e ainda será avaliada a aceitação da

tecnologia segundo o Modelo de Aceitação de Tecnologia (MAT)ou

Techno-logy Acceptance Model (TAM).

Capítulo 6 - Conclusão

O sexto e último capítulo procura sumariar as principais conclusões obti-das através do trabalho desenvolvido. Para além disso, podem-se encontrar algumas propostas que podem ser aplicadas, no futuro, neste projeto, de forma a corrigir falhas ou melhorar o desempenho ou a disponibilidade da plataforma desenvolvida.

Capítulo 2

Estado da Arte

Neste capítulo é apresentada a revisão da literatura e o estado da arte dos termos e metodologias que serão abordados ao longo do desenvolvimento desta dissertação. Este Capítulo encontra-se dividido em quatro secções. Na secção 2.1 são abordadas as tecnologias de informação na saúde; na 2.2

os sistemas de informação hospitalar; na 2.3 é introduzido o conceito de interoperabilidade; por fim, na2.4 são abordados os SADCs.

2.1

Tecnologias de informação na saúde

Atualmente, as Tecnologias de Informação (TI) têm adquirido um papel importante no fluxo de trabalho, da informação e do conhecimento quando implementadas em instituições de saúde, influenciando assim o seu funciona-mento interno. [10]

Os cuidados de saúde cobrem processos muito complexos de diagnóstico, de tratamento e de prevenção de doenças, lesões e outras deficiências físicas e mentais nos seres humanos. A colheita, a gestão e a utilização de TI na saúde desempenham um papel fundamental para melhorar a qualidade dos serviços de saúde, nomeadamente na deteção de problemas médicos, na iden-tificação de soluções inovadoras e na alocação de recursos para o tratamento dos doentes. [11]

Estas, não são apenas utilizadas para uma gestão dos sistemas de saúde, 9

tais como os utilizados em hospitais e clínicas, mas também se focam no desenvolvimento e implementação de outras soluções, reabilitativas e pre-ventivas. Além disso, para além da sua utilização com fins terapêuticos, também a análise usando uma quantidade muito grande de informação (Big Data) permite revelar tendências que se podem revelar muito interessantes para a medicina preventiva. [12,13]

É esperado que o custo relativo às alterações demográficas do envelhe-cimento da população nas nações industrializadas coloque um encargo sig-nificativo para os sistemas de saúde e as economias. Com um aumento da expectativa de vida e consequente diminuição da população ativa cada vez será mais difícil sustentar o nível atual de apoio a idosos. Dado isto, é impe-rativo uma constante melhoria das TI na saúde procurando otimizar todo o processo de prestação de cuidados de saúde reduzindo os custos associados a este processo. [14]

Têm surgido toda uma série de tecnologias muito importantes, no âmbito da saúde, nos últimos tempos. No entanto, entre as que têm causado mais impacto podem ser salientadas três [12,14–16]:

• Sensores na saúde: Houve um aumento acentuado na quantidade e na variedade de dispositivos de consumo e sensores médicos que per-mitem capturar diferentes aspetos da saúde humana, sejam estes fi-siológicos, cognitivos ou físicos. A implementação destas tecnologias capacita os seus utilizadores (por exemplo, pacientes crónicos), forne-cendo meios para monitorizar e gravar o seu estado continuamente e, em caso de necessidade, procurar assistência remota.

• Big Data na saúde: Com a crescente digitalização dos cuidados de saúde, uma grande quantidade de dados de saúde tem aumentado em tamanho num ritmo sem precedentes. Descobrir conhecimento a partir da enorme quantidade de informação disponibilizada na área da saúde é a chave para disponibilizar os melhores cuidados possíveis baseados em evidências centradas no paciente.

2.2. SISTEMAS DE INFORMAÇÃO HOSPITALAR 11 à procura de soluções para reduzir os custos operacionais e das tecno-logias emergentes, a computação em nuvem pode fornecer uma plata-forma ideal para alcançar uma elevada eficiência de recursos de com-putação, simplificar a gestão e melhorar os serviços de uma maneira segura. A computação em nuvem pode apoiar a análise da grande quantidade de dados acima mencionados.

Não há dúvida de que a adoção dessas tecnologias inovadoras nos cam-pos da medicina pode criar oportunidades significativas. No entanto, muitos desafios ainda precisam ser abordados para atingir serviços de saúde verdadeiramente avançados.

2.2

Sistemas de informação hospitalar

OsSIHs são um abrangente e integrado Sistema de Informação (SI) con-cebido para gerir os aspetos administrativos, financeiros e clínicos de um Hospital.

O aumento do desenvolvimento dosSIHsestá relacionado com a crescente preocupação na melhoria dos serviços prestados pelas unidades de saúde, assim como pela redução dos custos associados a estes serviços, através da otimização dos recursos existentes [17].

Procuram ainda eliminar a documentação baseada em papel de forma a facilitar o acesso às informações de um paciente e apresentar o conhecimento médico apropriado como suporte para o processo de tomada de decisão [17,

18].

Um SIH constitui a principal ferramenta em ambiente Hospitalar. Ide-almente deve garantir a integração dos sistemas presentes numa unidade de saúde promovendo a sua interoperabilidade.

Deve servir-se dos sistemas existentes para recolher, processar e relatar a informação e o conhecimento existente no meio hospitalar, para suportar decisões e políticas de gestão, programas de saúde, ensino, pesquisa e espe-cialmente práticas médicas na instituição [19].

to-mar decisões baseadas em informação com qualidade, promovendo a dimi-nuição dos erros médicos, um aumento da eficiência, otimizando o rácio custo-eficácia e a tomada de decisão em tempo útil [20–22].

Este, deve ser considerado como a estrutura combinada de todos os ser-viços e aplicações existentes, que incorporam toda a informação disponível num determinado momento num Hospital [18]. Têm vindo a adquirir cada vez mais influência no campo da saúde e têm crescido tanto em qualidade como em quantidade [3,23].

2.3

Interoperabilidade

Uma das maiores preocupações hoje em dia da informática médica é as-segurar a interoperabilidade. Com o crescimento das organizações médicas, a necessidade de gerir informação entre os seus serviços também aumenta. [6] O termo interoperabilidade pode abranger um vasto número de definições consoante a sua aplicação, quer seja na saúde, indústria, gestão, entre outras. Na área da saúde, esta pode ser definida como a capacidade de aceder e utilizar os dados de forma confiável e rápida a partir de diversos sistemas e fontes, a fim de os operar juntos, sem a ocorrência de erros nem esforço adicional por parte do utilizador. [4,24–26]

No meio hospitalar, recorre-se frequentemente a tecnologias independen-tes que suportam um grande volume de informação. Essa independência resulta num ambiente heterogéneo onde se torna cada vez mais difícil a ges-tão dos dados e da informação que deve estar acessível quando e onde for necessária. Para resolver os problemas da independência dos SI, é necessária a comunicação e a cooperação de forma a melhorar o seu desempenho global, a sua utilidade, a qualidade dos diagnósticos e principalmente para melhorar a qualidade da prestação de cuidados de saúde ao paciente [6,25,27,28].

É imperativo a integração de todas as TI nos SIHs, otimizando a gestão e o armazenamento da informação de forma a incrementar a eficiência e a qualidade nos cuidados de saúde. [29]

Esta capacidade de interação entre diferentes SIs pode ocorrer em três níveis [30–32]

2.3. INTEROPERABILIDADE 13 • Interoperabilidade Técnica: É a forma mais simples de interope-rabilidade focando-se apenas no transporte dos dados entre sistemas e não na interpretação do seu conteúdo. Refere-se essencialmente à integração entre aplicações.

• Interoperabilidade Semântica: Este nível de interoperabilidade é caracterizado pela partilha, compreensão e interpretação da informação partilhada entre dois sistemas, sem ambiguidade.

• Interoperabilidade de Processo: Este tipo de interoperabilidade é conseguido quando diferentes SIs, através de uma rede, coordenam os seus processos de trabalho. Atualmente, este tipo de interoperabilidade tem sido considerada um requisito essencial para a implementação de um sistema bem sucedido, potenciando a qualidade e a segurança do mesmo.

Existem, presentes na literatura, vários modelos que visam classificar inte-roperabilidade em diferentes níveis, agrupando os sistemas por características que os diferenciam. Entre os mais conhecidos e utilizados, pode-se destacar o modelo denominado porLevels of Conceptual Interoperability Model (LCIM). Este foca-se nos diferentes graus de sofisticação da interoperabilidade do SI

agrupando-os em sete níveis de interoperabilidade [33]

• Nível 0 - Interoperabilidade inexistente: SIs independentes sem capacidade de integração com outros SIs. Qualquer interoperabilidade é conduzida pelos operadores humanos;

• Nível 1 - Interoperabilidade técnica: Ocorre uma troca de dados entre SIs pela rede através de protocolos bem definidos comoHyperText

Markup Language (HTML)ou Extensible Markup Language (XML);

• Nível 2 - Interoperabilidade sintática: Diferentes SIs partilham a compreensão do formato de dados trocados, apesar de poderem não compreender o significado da informação transmitida. Um exemplo deste tipo de interoperabilidade encontra-se na partilha de ficheiros entre um disco de um computador e uma Flash Drive USB.

• Nível 3 - Interoperabilidade semântica: Neste tipo de interope-rabilidade, diferentes SIs partilham o entendimento do significado dos dados trocados, sendo interpretados da mesma forma em todos os siste-mas. Por exemplo, se um dispositivo pesar uma pessoa em kg e enviar a medição para outro dispositivo que interpreta o peso apenas em libras estes não possuem uma interoperabilidade semântica;

• Nível 4 - Interoperabilidade pragmática: Neste tipo de interope-rabilidade, é imperativo que os sistemas intervenientes estejam consci-entes dos procedimentos que cada sistema realiza. O contexto onde a troca de informação é realizada é compreendido por todos os sistemas; • Nível 5 - Interoperabilidade dinâmica: Os SIs interoperáveis, neste nível, são capazes de reorientar a produção e o consumo de infor-mação baseados na compreensão das mudanças nos significados. Esta mudança é causada devido a mudanças no contexto ao longo do tempo. O efeito causado pelas trocas de informação é compreendido por todos os sistemas intervenientes;

• Nível 6 - Interoperabilidade conceptual: Para atingir o maior ní-vel segundo este modelo é imprescindíní-vel os sistemas estarem de acordo com as premissas e restrições de cada ambiente real. Quando a intero-perabilidade conceptual é alcançada, os sistemas participantes podem ser aplicados a ambientes distintos onde as premissas e as restrições são diferentes. Sistemas interoperáveis neste nível, estão completa-mente conscientes das informações, dos processos e dos contextos dos restantes.

Como pode ser observado pelo estudo dos diferentes níveis, à medida que estes vão avançando, a capacidade de interoperabilidade entre sistemas vai também aumentando. Outro facto que se pôde apurar, é que todos os níveis vão englobando os níveis inferiores a si próprios. Podendo então afirmar-se que quando a interoperabilidade conceptual é atingida, todas as característi-cas dos outros níveis estão também incorporadas no sistema. Analogamente verifica-se o mesmo para os outros níveis. [33]

2.4. SISTEMA DE APOIO À DECISÃO CLÍNICA 15

2.4

Sistema de Apoio à Decisão Clínica

O sector da saúde está altamente dependente da informação e há uma constante necessidade de tomada de decisões com vista a oferecer bem-estar aos doentes. Por sua vez, a tomada de decisão está intrinsecamente de-pendente da qualidade da informação disponível adquirida por parte dos profissionais de saúde.

Por outro lado, a inexistência de comunicação e a escassez de informação encontram-se entre os principais fatores que contribuem para eventos adver-sos na saúde. Os eventos adveradver-sos na saúde podem-se definir como com-plicações indesejadas decorrentes dos cuidados prestados aos utentes, não atribuídas à evolução natural da doença de base. [34]

O suporte das TI nas instituições de saúde tem o potencial de reduzir significativamente a taxa de eventos adversos e inesperados, permitindo que uma grande quantidade de dados seja introduzida em diferentes bases de dados.

Extrair, analisar e apresentar essas informações em tempo útil, pode aju-dar a melhorar a segurança, a qualidade, e eficiência da prestação de cuidados de saúde. Neste contexto surgem os Sistemas de Apoio à Decisão (SADs), mais precisamente osSistemas de Apoio à Decisão Clínica (SADCs) que in-corporados neste tipo de ambientes permitem reduzir a incidência de erros médicos e melhorar a qualidade dos serviços de saúde prestados aos utentes, conduzindo a uma redução significativa dos custos, permitindo desta forma uma prática clínica baseada em evidências. [35]

O conceito deSADCfoi introduzido em 1969 por Goertzel como uma fer-ramenta que apoia a prestação de cuidados de saúde, facilitando a aquisição de dados e a tomada de decisão. [36] Ao longo do tempo, muitas definições foram surgindo. Miller e Geissbuher descreveram-no como um algoritmo para assistir os profissionais de saúde num ou mais passos do processo de diagnóstico. [37] Ainda por Sim et al., como um software desenvolvido com o objetivo de diretamente suportar o profissional de saúde no seu processo de decisão, no qual diferentes caraterísticas dos pacientes são comparados com uma base do conhecimento informatizado para que possam ser

avalia-das e geraavalia-das recomendações específicas a esses pacientes, apresentando-os ao profissional de saúde ou ao paciente como base das suas decisões. [38]

Cada uma dessas definições reflete os pontos de vista de seus autores, e, portanto, pode gerar alguma discussão. No entanto, independentemente da definição que se considera mais adequada, todos os autores reconhecem o potencial de tais sistemas para proporcionar benefícios no que diz respeito aos cuidados de saúde e aos resultados do processo de cura dos doentes. [35]

Os SADCs podem ser descritos de acordo com a sua estrutura,

compor-tamento e acessibilidade. [39] No que diz respeito sua estrutura, eles diferem no momento em que proporcionam apoio à decisão: antes, durante ou após a decisão ter sido feita. No que diz respeito ao seu comportamento, eles são considerados ativos ou passivos, dependendo se oSADC gera ativamente alertas e outros avisos ou apenas responde às entradas dos clínicos, respetiva-mente. De acordo com a sua acessibilidade, podem fornecer informação geral ou específica. Outra categorização dosSADCsé a sua diferenciação em siste-mas baseados ou não em conhecimento. A maioria dos SADCs são sistemas baseados em conhecimento, compostos essencialmente por três componentes: uma base de conhecimento, a estrutura de inferência e o procedimento de co-municação [40]. Caso falte o primeiro componente (a base de conhecimento), estes categorizam-se como SADCs não baseados em conhecimento.

Sistemas Baseados em Conhecimento

Os sistemas baseados em conhecimento procuram, de certa forma, mime-tizar o raciocínio humano. A base do conhecimento consiste em uma vasta gama de elementos sobre um domínio particular, estruturado para ser eficien-temente processado pelo sistema. Existem vários esquemas de representação da informação. A representação lógica, onde a informação é apresentada sob a forma de declarações condicionais, é o mais frequentemente utilizado e descrito na literatura.

A eficiência de um SADC depende da qualidade da sua base de conhe-cimento. A forma como é explorada para o desenvolvimento de regras de apoio à decisão é um fator importante que influencia o sucesso do sistema de

2.4. SISTEMA DE APOIO À DECISÃO CLÍNICA 17 recomendação [37] . As "fórmulas"que combinam estas regras ou associações constituem o segundo componente de sistemas baseados em conhecimento, a estrutura da inferência. Essencialmente, estas fórmulas envolvem a aplicação de técnicas de Inteligência Artificial (IA), capazes de analisar as informa-ções existentes na base de conhecimento e formar novas conclusões sobre um determinado paciente [40]. Os mecanismos de inferência mencionados na literatura incluem o seguinte [39]:

• Raciocínio baseado em regras: Estes sistemas são baseados em declarações condicionais, que são interpretados como "padrões". O motor de inferência procura associar os dados em estudo com os stan-dards conhecidos. Sistemas baseados em regras procuram transpor o conhecimento dos médicos em expressões que podem ser avaliadas como "regras". [41]. Quando adquire um conjunto considerável de nor-mas que suportam a base de conhecimento, os dados em estudo são avaliados de acordo com essas regras (ou a sua combinação) até que uma conclusão seja alcançada. Estes tipos de sistemas são utilizados para o armazenamento de uma grande quantidade de informação. No entanto, a sua principal desvantagem é a dificuldade de traduzir a ex-periência e o conhecimento dos médicos em regras simples e concretas. São frequentemente chamados de sistemas baseados na evidência. • Raciocínio Baseado em Casos: Estes sistemas são desenvolvidos

principalmente quando não é possível modelar o conhecimento médico através de métodos formais de representação (como em [42], por exem-plo). O sucesso desta abordagem está relacionada com a qualidade das métricas de similaridade usadas para avaliar os casos existentes e a eficiência dos métodos utilizados para descobrir e associar casos seme-lhantes. O Raciocínio Baseado em Casos é geralmente utilizado para análise de subgrupos, e uma das suas grandes vantagens é que a análise com base em casos semelhantes, muitas vezes produz resultados mais confiáveis que os resultados provenientes de sistemas baseados na evi-dência. No entanto, a apreciação da semelhança entre os casos pode não se revelar um processo trivial.

• Raciocínio baseado em Modelos: Este método utiliza modelos fisi-opatológicos humanos para definir a dinâmica dos processos biológicos do corpo. É um conceito promissor e útil para aplicação em SADCs. É frequentemente denominado de Modelação Específica ao Doente ou Patient Specific Modeling [40]. O comportamento esperado de um de-terminado processo de acordo com estes modelos é comparado com o comportamento manifestado. Caso um modelo seja formulado adequa-damente, as discrepâncias entre o comportamento previsto e o com-portamento observado não serão significativos. No entanto, a maior dificuldade com esta aplicação surge quando a validade do modelo não é garantida. Quanto mais complexo o sistema é, mais desafiador será projetar um modelo que o possa descrever com precisão [43].

• Raciocínio Bayesiano: A Teoria da Decisão Bayesiana é o núcleo des-ses sistemas, estabelecendo relações probabilísticas entre as variáveis da base de conhecimento, por exemplo, sintomas e doenças, tratamentos e o estado final do doente ou medicamentos e complicações. Estes siste-mas baseiam-se na classificação estatística de Bayes, onde um padrão é atribuído à classe mais provável, ou seja, a classe com a máxima proba-bilidade a posteriori. As probaproba-bilidades a posteriori são determinadas de acordo com probabilidades a priori, probabilidades condicionais e regra de Bayes. É muito útil para inferir sobre a progressão da do-ença ao longo do tempo ou a relação entre várias dodo-enças, assumindo uma relação de causa-efeito entre as variáveis em estudo. O principal obstáculo para a sua implementação é precisamente a dificuldade em especificar a causa, o efeito e a sua relação no contexto clínico, dada a sua complexidade [40].

• Raciocínio Heurístico: Os sistemas heurísticos incluem medidas es-tatísticas, e são usados quando não há conhecimento e/ou recursos computacionais para produzir uma resposta perfeita. Os métodos heu-rísticos reduzem a complexidade do problema, no entanto, por defini-ção, não é possível garantir que é conseguida a melhor solução. Os métodos heurísticos são algoritmos exploratórios que procuram

resol-2.4. SISTEMA DE APOIO À DECISÃO CLÍNICA 19 ver o problema, tomando como ponto de partida uma solução plausível iterando por aproximações sucessivas destinadas a uma solução ótima. Geralmente, a melhor solução possível é encontrada, embora não sendo a solução perfeita. Esta abordagem pode sugerir uma certa subjeti-vidade ou falta de precisão. No entanto, isso não é necessariamente uma desvantagem, mas uma característica semelhante à inteligência humana uma vez que muitas vezes usamos a nossa experiência pessoal de encontrar soluções para os problemas quotidianos.

• Redes Semânticas: Uma rede semântica é uma forma gráfica de re-presentação de conhecimento, onde os conceitos do domínio em questão são representados por um conjunto de pontos ligados uns aos outros por meio de um conjunto de arcos que descrevem as relações entre os pon-tos existentes. A aplicação de redes semânticas em inferência clínica é limitada, uma vez que o próprio conhecimento médico envolve uma pluralidade de conceitos, tornando-se particularmente difícil definir um quadro formal semântico capaz de o traduzir [37].

Finalmente, o mecanismo de comunicação é a forma como a informação é submetida no sistema e como os resultados (outputs) são devolvidos para o utilizador. Em sistemas independentes, esta informação é muitas vezes inse-rida manualmente pelo médico. Quando os SADCs são integrados a outros sistemas de gestão clínica, a informação do paciente encontra-se incorporada no seu registo eletrónico, estando contidos desta forma dados de vários ser-viços diferentes: laboratório, farmácia ou imagem. A saída é então fornecida ao médico na forma de recomendações e alertas [39].

Sistemas Não Baseados em Conhecimento

Sistemas não baseados em conhecimento dependem de técnicas de Ma-chine Learning para produzir inferências úteis para a tomada de decisão. Machine Learning é um ramo da inteligência artificial que diz respeito ao estudo e à construção de sistemas que podem aprender a partir de dados. O sistema pode aprender com as experiências passadas e reconhecer padrões em dados clínicos. Redes Neuronais Artificiais (RNAs) e Algoritmos Genéticos

(AGs) são as abordagens mais amplamente utilizadas na construção de tais sistemas [39].

As RNAs são modelos matemático-computacionais inspirados pelo fun-cionamento das células neuronais, simulando o raciocínio humano, uma vez que são um exemplo típico de modelo "baseado na aprendizagem". Com efeito, as unidades estruturais das RNAs são chamados "neurónios". Um modelo de RNA genérica é composto por três camadas: a entrada, saída e processamento de camada (ou de camada escondida). A camada de entrada recebe os dados, enquanto que a camada de saída comunica o resultado. A camada escondida é responsável pelo processamento de dados e cálculo de resultados. Este tipo de estrutura tem algumas semelhanças com sistemas baseados em conhecimento, mas neste caso, a base de conhecimento não é de-rivada a partir da literatura científica, nem da experiência clínica. As RNAs

analisam os padrões existentes na informação do paciente de forma a obter associações entre as suas variáveis de entrada (sintomas, fatores de risco) e as suas variáveis de saída, por exemplo, a sua estratégia de tratamento e di-agnóstico [41,44]. Esta é a forma como o sistema "aprende pelo exemplo". A informação disponível é estudada e inferências são feitas sobre a saída mais correta para cada entrada. Estas conclusões são comparadas com o resul-tado correto (dos alvos, isto é, os resulresul-tados reais) e, com base na conclusão desta comparação, o sistema repõe as associações entre os dados de entrada e de saída previamente determinados. Este processo continua de forma ite-rativa até que o resultado correto é obtido. De seguida, o sistema memoriza o modelo de associação entre entradas e saídas, a fim de classificar os no-vos casos. Este processo iterativo é conhecido como "treino". Além disso, a RNA pode mais facilmente lidar com dados desconhecidos, porque pode inferir a partir dos seus valores do conjunto restante de dados completos [41]. Também não precisa de um conjunto muito grande de dados para produzir estimativas, embora quanto maior conjunto de "treino"é, mais precisos são os resultados [43,44].

AGssão semelhantes àsRNAsna medida em que derivam suas conclusões a partir de informações do passado do paciente . São baseados na Teoria da Evolução de Darwin, o que explica a evolução das espécies através da seleção

2.4. SISTEMA DE APOIO À DECISÃO CLÍNICA 21 natural. Como as espécies evoluem, a fim de se adaptar ao seu ambiente, este tipo de algoritmos também são capazes de se "reproduzir"em várias recom-binações, a fim de conseguir a combinação que melhor se ajusta aos dados. Quando não há nenhum conhecimento específico sobre o domínio em estudo, vários conjuntos de soluções são avaliados. Os melhores conjuntos (aqueles que melhor se adequam aos dados) são então recombinados para formar o próximo conjunto de possíveis soluções a serem avaliadas. O processo con-tinua de forma iterativa até que a solução ótima é alcançada. A "função de aptidão"determina que as soluções devem ser mantidas e quais devem ser eliminadas [39]. A maior dificuldade aqui reside na definição de aptidão, isto é, o que é considerado um bom ou um pobre ajuste dos dados [37].

As ferramentas desenvolvidas no âmbito desta dissertação são baseadas no conhecimento, sendo que se podem agrupar, na sua maioria nos três primeiros tipos de raciocínio descritos. Baseados em regras, casos e modelos.

Capítulo 3

Metodologia de Investigação e

ferramentas

A Plataforma desenvolvida para a presente dissertação propõe, uma nova metodologia com o intuito de disponibilizar um suporte à decisão e prática clínica no dia a dia dos médicos Neonatologistas e Pediátras.

3.1

Metodologia de Investigação

O projeto baseia-se na metodologia de investigação action research que pode ser sucintamente definida como uma tentativa contínua, sistemática e empiricamente fundamentada de aprimorar a prática descrevendo qual-quer processo que siga um ciclo no qual se aprimora a prática pela oscila-ção entre agir no campo da prática e investigar a respeito dela. Planeia-se, implementa-se, descreve-se e avalia-se uma mudança para aperfeiçoar a sua prática, realizando uma constante progressão tanto a nível da pesquisa como da resolução dos problemas, aplicando as ações necessárias para atingir os objetivos propostos. [45]

Para desenvolvimento da metodologia proposta ao longo deste projeto, recorreu-se a diferentes plataformas e linguagens de programação que serão apresentadas ao longo deste capítulo. Na secção 3.2 é apresentada a lin-guagem de programação em Java, mencionando os Integrated Development

Environment s (IDEs)utilizados para desenvolvimento, o que se propôs desen-volver e as razões que levaram à sua utilização. Na secção 3.3 é apresentada

a Framework Django utilizada para o desenvolvimento da Aplicação Web

aliada uma descrição desta e do seu funcionamento. É ainda apresentada, na secção 3.4 utilizada para o desenvolvimento do Web Service a ser utilizado nas instituições de saúde. Nesta é descrita aFramework assim como algumas das classes e linguagem de programação utilizada. Por último, na secção3.5

é apresentado o sistema de gestão de base de dados a que se recorreu, MySql assim como a ferramenta utilizada para a sua administração.

3.2

Programação em Java

No decorrer desta dissertação foram desenvolvidas duas aplicações em Java. Uma destinada à utilização por parte dos médicos e outra destinada à utilização nas farmácias hospitalares.

Estas foram desenvolvidas recorrendo a um IDE, denominado de Net-beans. Este, é open source e permite o desenvolvimento de aplicações com interfaces gráficas muito complexas mas ao mesmo tempo robustas, consis-tentes, flexíveis e modulares recorrendo ao Java Swing.

O Java Swing é uma biblioteca do Java que fornece as APIs necessárias para tornar o processo de desenhar a interface gráfica mais simplificado para o programador. Desta forma, utilizando os recursos do Swing para desenhar os componentes da Interface Gráfica do Utilizador ou Graphical User Interface

(GUI), é possível obter um elevado nível de interação, uma visualização em

tempo real da trajetória e compatibilidade com as bibliotecas subjacentes. A

Application Programming Interface (API)Swing é umaAPIde alto nível que

apesar de consumir mais memória Random Access Memory (RAM)RAM, é mais completa e mais flexível do que a generalidade das APIs gráficas.

3.3. FRAMEWORK DJANGO 25 Para além das aplicações desenvolvidas, também o Web Service do ser-vidor foi desenvolvido em Java. Apesar de inicialmente pensado para ser desenvolvido recorrendo à Framework .NET, uma vez que o servidor exis-tente não é Windows seria necessária a instalação de uma Máquina Virtual a correr este Sistema Operativo para o manter a correr. Facto que é evitado recorrendo à sua implementação em Java uma vez que nesta linguagem este corre em qualquer Sistema operativo.

Para tornar a sua implementação e execução possível recorreu-se a uma interação entre o IDE Eclipse com uma API denominada de SOAPUI e ainda a um servidor Apache (TOMCAT).

3.3

Framework Django

Django é umaFramework para o desenvolvimento de aplicaçõesWeb em Python que utiliza o padrão de projetos Model View Controller (MVC).

O MVC é uma forma de desenvolvimento de software de forma a que o código que permite definir e aceder aos dados (Model ) está separado da camada lógica responsável pelo encaminhamento dos pedidos (Controller ), que por sua vez está separado das interfaces dos utilizadores (View ).

A maior vantagem deste tipo de abordagem é que os componentes não ficam vinculados entre eles, tornando qualquer segmento de uma aplicação

Web desenvolvida por esta Framework facilmente substituído sem afetar os restantes processos. Por exemplo, um programador pode alterar o URL de um determinado segmento da aplicação sem afetar a implementação subja-cente; um designer pode alterar uma determinada página HTML sem ter que "tocar"no código Python que o processa; um administrador de bases de dados pode alterar o nome de uma Base de Dados especificando a alteração em apenas um sítio em vez de ter que procurar e substituir em todas as páginas desejadas. [46]

A figura 3.1 fornece uma representação esquemática de como uma apli-cação em Django trabalha de forma a satisfazer um pedido por parte de um utilizador.

Figura 3.1: Diagrama de processamento de uma aplicação em Django De acordo com o diagrama na figura, o processamento de pedidos passa pelos seguintes processos:

• Um utilizador entra num Uniform Resource Locator (URL) ou realiza uma operação numa página já aberta nesse site enviando um pedido ao Servidor Web que hospeda o site;

• O distribuidor de URLs verifica a existência do url nos padrões defi-nidos no ficheiro urls.py e escolhe o primeiro que corresponder a este, invocando desta forma a view associada a este padrão;

posteri-3.4. FRAMEWORK .NET 27 ormente carrega um template específico à tarefa (uma página HTML

com marcadores específicos embebidos) passando-lhe os dados obtidos mapeados no template onde os marcadores assim o indicarem;

• Finalmente a view retorna um objeto HttpResponse populado com o template processado. Caso alguma coisa não corra como desejado re-torna uma exceçãoHTML.

3.4

Framework .NET

AFramework .NET é uma plataforma de desenvolvimento de software da

Microsoft que fornece aos programadores de software uma forma mais fácil de construir, implementar e executar aplicações e serviços que utilizam as tecnologias .NET. Permite criar aplicações com interfaces de utilizador visu-almente atrativas assim como comunicações totvisu-almente integradas e seguras e ainda a construção e a execução de aplicações e Web Services. [47,48]

A Framework .NET contêm quatro partes essenciais:

• Um conjunto de linguagens, incluindo C#, J# e VB.NET;

• Um conjunto de ferramentas de desenvolvimento incluindo o Visual Studio .NET;

• Uma compreensiva biblioteca de classes que permitem o acesso às fun-cionalidades do sistema e fornece aos programadores de software com-ponentes que podem usar para o desenvolvimento de Web Services e aplicações paraWeb e Windows;

• O Common Language Runtime (CLR). O CLR proporciona um

am-biente onde os programas podem ser executados, fornecendo serviços automáticos como gestão de memória,Threads,debugginge segurança nas aplicações. [47]

É relevante ainda mencionar a plataforma da Microsoft para o desen-volvimento de aplicaçõesWeb, a ASP.NET. É baseada naFramework .NET,

podendo as aplicações para essa plataforma ser escritas em várias linguagens, como C#, F# e Visual Basic .NET.

Embora se possa desenvolver aplicações ASP.NET utilizando somente um editor de texto e o compilador .NET, o ambiente de desenvolvimento mais comum para aplicações ASP.NET é o Visual Studio .NET já que possui algumas características que facilitam o trabalho do programador, como os componentes visuais para criação de formulários de páginas Web.

A plataforma ASP.NET, recorre ao servidor Web, IIS. Este foi também desenvolvido pela Microsoft e fornece uma plataforma para a execução de páginasHTML, serviços e aplicações integrando a tecnologia ASP.NET.

Como referido anteriormente, a plataforma .NET providencia uma bibli-oteca de classes que fornece aos utilizadores acesso a determinadas funciona-lidades do sistema. O Namespace System é o mais utilizado. Serão descritas de seguida as classes e osNamespacesutilizados no Web Service desenvolvido para ser implementado nas Instituições de Saúde que pretenderem implemen-tar a Plataforma nos seus serviços [48].

System.Web

O Namespace System.Web fornece um conjunto de classes que

permi-tem a ocorrência de comunicação entre a página/aplicaçãoWeb e o servidor. As classes deste Namespace oferecem suporte à autenticação de formulários ASP.NET, serviços de aplicação, armazenamento de dados em cache no ser-vidor, entre outros. [49]

System.Xml

ONamespace System.Xml é responsável por fornecer suporte para o

pro-cessamento de XML. Através deste, é permitindo ao utilizador criar, editar e interpretar documentos XML, possibilitando uma fácil manipulação da in-formação e o armazenamento desta em documentos estruturados. Este tipo de comunicação é essencial de forma a garantir que sistemas desenvolvidos em plataformas diferentes sejam compatíveis com estes. [50]

3.5. BASE DE DADOS 29

System.Data.OracleClient

O Namespace System.Data.OracleClient disponibiliza um conjunto de

classes que permitem o acesso a uma base de dados do tipo Oracle. Per-mite uma conexão a uma base de dados garantida pela inserção das suas credenciais de acesso para desta forma aceder à informação pretendida ou efetuar qualquer operação nesta que seja desejada [51].

MySql.Data.MySqlClient

ONamespace MySql.Data.MySqlClient tem um funcionamento muito

si-milar aoNamespace mencionado anteriormente apesar de direcionado a bases de dados do tipo MySql.

3.5

Base de dados

Para armazenar e manipular todos os dados necessários, tanto no Servidor

Web como localmente nas Instituições de saúde, optou-se pela utilização de Bases de Dados MySql.

MySql é um sistema de gestão de bases de dados relacional, em que os dados são armazenados em tabelas que estão relacionadas entre si através de regras lógicas. Permite o armazenamento de quantidades consideráveis de dados que podem ser acedidas através de uma consulta de Linguagem de Consulta Estruturada, ou Structured Query Language (SQL).

A base de dados MySql tornou-se uma das bases de dados mais populares a nível internacional, devido ao seu alto desempenho, fiabilidade e facilidade de uso, por suportar a integração com um grande número de aplicações, e ainda pela elevada quantidade e qualidade da documentação disponível. Para além de todos os aspetos positivos que reforçam a sua utilização, é gratuito. [52]

Uma base de dados MySql não consome muitos recursos, sendo que é possível correr em aplicações em computadores com 32 MB deRAM, ou até menos. [52]

Para o presente projeto, recorreu-se à ferramenta MySQL Workbench na qual foi possível a criação e a gestão das tabelas necessárias à implementação do projeto.

Capítulo 4

Plataforma de Apoio à Prática

Clínica

A Plataforma desenvolvida no âmbito desta dissertação, denominada de Sabichão, procura providenciar aos profissionais de saúde nas áreas de Pe-diatria e Neonatologia de qualquer instituição de saúde, um acesso fácil, eficiente e intuitivo, a mais de trinta de ferramentas essenciais às suas tarefas clínicas diárias que fosse, ao mesmo tempo altamente escalável e facilmente interoperável e integrado em qualquerSIH.

Aliado a isto, dada a necessidade evidenciada nestes serviços, criar um canal de comunicação entre os médicos e a farmácia associada a uma de-terminada Instituição de Saúde de forma a que pedidos específicos a cada paciente possam ser efetuados e geridos.

Tem origem numa ferramenta existente, com elevado e comprovado im-pacto na área médica, também de seu nome Sabichão. Foi desenvolvida por um médico pediatra (Dr. Simão Frutuoso) recorrendo a linguagens como o Visual Basic para Aplicações e o Microsoft Office Excel 2007. Disponibiliza todo um conjunto de ferramentas de forma a facilitar o trabalho diário dos médicos pediatras. No entanto, apresenta algumas limitações intrínsecas ao ambiente em que foi desenvolvida.

A pedido do Dr. Simão Frutuoso, procurou-se então desenvolver uma pla-taforma que respondesse a todos os critérios definidos por este. Colmatando

algumas falhas existentes e acrescentando-lhe valor.

Serão de seguida, enumeradas as limitações do sistema anterior:

• Concorrência - Formulários deNPTeram armazenados em folhas de Excel. De forma a manter um histórico comum entre os médicos numa instituição de saúde era usado o mesmo ficheiro por todos os profissi-onais estando este hospedado numa rede de pastas partilhadas entre estes. Sempre que este ficheiro se encontrava aberto num dispositivo, certas operações ficavam limitadas aos outros utilizadores como o envio de pedidos à farmácia;

• Disponibilidade - Esta era apenas funcional para a versão do Excel presente no Office da Microsoft, não funcionando com outras alterna-tivas gratuitas como o LibreOffice ou OpenOffice;

• Escalabilidade - A performance da aplicação ficava comprometida assim que o número de entradas no histórico se tornava significativo; Como explicado anteriormente, para a estratégia de manutenção de uma base de dados comum pela utilização do mesmo ficheiro, era apenas viável para um reduzido número de profissionais a utilizar a ferramenta ao mesmo tempo;

• Interoperabilidade - Era impossível integrar com qualquer SIH ou

Processo Clínico Eletrónico (PCE)dos pacientes de forma a fazer uma

melhor gestão destes (passo ainda não contemplado na execução deste projeto).

4.1

Arquitectura

No seguimento desta secção irá ser apresentada a arquitetura da plata-forma "Sabichão"assim como serão descritos pormenorizadamente todos os seus componentes. A plataforma, pode ser dividida em duas partes distintos: os componentes associados a um Servidor Web e ainda os componentes que se podem associar e integrar em qualquer Instituição de Saúde. Os primeiros

4.1. ARQUITECTURA 33 são: um Web Site, um Web Service e uma Base de Dados. Os componentes que pertencem à segunda parte são: As aplicações destinadas ao uso por parte dos médicos pediatras, a aplicação da Farmácia, um Web Service e por fim, uma base de dados. A existência de todos estes componentes em cada Instituição de saúde é essencial ao correto funcionamento da ferramenta.

Web Services são um tipo peculiar de aplicações Web que são auto des-critivas, auto suficientes, que podem ser publicadas, localizadas e invocados pelaWeb. Estes podem executar funções que podem ir desde simples pedidos a processos muito complexos.

Uma vez que são implementados, através do seuIPe porta ficam expostos podendo as suas funções ser invocadas por outras aplicações dentro da rede. Os Web Services são identificados por um URI, descritos e definidos usandoXML. Um dos motivos que tornam os Web Services atrativos é o facto deste modelo ser baseado em tecnologias abertas, amplamente divulgadas e consensuais, em particular XML e HTTP. Os Web Services são utilizados para disponibilizar serviços pela Internet, podendo ser acessados por outras aplicações usando, por exemplo, o protocoloSOAP.

No caso da presente dissertação, é possível, por exemplo, através do Web Service configurado localmente dentro das instituições de saúde, que as apli-cações, naturalmente apenas dentro destas instituições, tenham acesso aos pacientes internados nas áreas de interesse. Esta funcionalidade permite fa-cilitar a consulta e o tratamento dos dados por parte dos profissionais de saúde.

Uma vez que podem envolver dados privilegiados dentro das instituições em que se encontram, as aplicações destinadas aos médicos, ao serem inicia-das requerem sempre a autenticação do seu utilizador.

Todos os acessos às bases de dados, tanto internamente, como ao Servidor

Web, são realizados através de um Web Service. Facto evidenciado na figura

Figura 4.1: Arquitetura da Plataforma desenvolvida

Este acesso indireto às bases de dados pelo uso de Web Services confere à plataforma algumas vantagens:

• Facilidade de instalação: Apenas uma configuração por Instituição de saúde é necessária;

• Facilidade de atualização nas aplicações: Sem mais configurações na eventualidade de uma atualização nas aplicações;

• Facilidade de alteração nas bases de dados: Caso seja necessária uma alteração a uma query à base de dados;

• Distribuição de processamento: Dado que a capacidade de proces-samento dos computadores dentro de uma Instituição de Saúde pode ser uma limitação, é importante manter um processamento distribuído;

4.2. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES 35 • Segurança: Os dados de acesso às bases de dados ficam hospedados num servidor local, sem acesso tanto externo como por parte das apli-cações.

4.2

Descrição dos Componentes

De seguida serão apresentados e descritos de forma mais detalhada os diversos componentes que compõe a plataforma.

4.2.1

Servidor Web

Uma vez que é procurada uma solução que seja altamente escalável e independente de Instituições específicas, a criação de um Servidor Web foi um passo inevitável como complemento a esta plataforma.

Este suporta não só uma Aplicação Web como também uma base de dados e um Web Service que serve aqui de intermediário entre as aplicações presentes nas diferentes instituições e a base de dados do Servidor.

Para além da elevada escalabilidade pretendida, há ainda várias questões que foram resolvidas com o desenvolvimento deste servidor, nomeadamente pelo desenvolvimento de uma Aplicação Web assim como de uma base de dados comum a todas as aplicações.

Com estas foi possível:

• A divulgação e a promoção das ferramentas disponibilizadas;

• Uma autenticação dos utilizadores para acesso às ferramentas assim como para a utilização das mesmas nas instituições de saúde;

• Um melhor suporte à integração da plataforma em novas instituições de saúde;

• O download dos diferentes constituintes da aplicação; • O envio de avisos de atualizações aos utilizadores;

• Uma melhor gestão dos utilizadores da ferramenta por parte dos ges-tores;

Componentes de Apoio

Esta secção trata da camada do Servidor Web responsável pelo armaze-namento dos dados no Servidor e ainda pelo posterior acesso a estes. No ServidorWeb são hospedados os dados dos utilizadores gerados pela Aplica-çãoWeb que podem ser acedidos tanto por este como pelas aplicações dentro das Instituições de Saúde.

A comunicação entre a base de dados e as aplicações externas ao Servidor são mediadas pela utilização de um Web Service.

Figura 4.2: Comunicação entre as aplicações numa Instituição de Saúde e o Servidor Web

Aplicação Web

Para tal, foi necessária a criação de uma Aplicação Web que servisse não só os seus utilizadores como também os gestores que a administram. As secções que se seguem descrevem estas duas áreas.

4.2. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES 37

Àrea de Administração

A Área de Administração, foi uma secção desenvolvida de forma a fa-cilitar o acesso aos dados presentes nas bases de dados, por parte dos seus administradores. Facilitando a gestão de utilizadores. Esta é essencial uma vez que a autenticação não é automática e depende destes para ser validada. Este passo assegura que apenas utilizadores válidos e autenticados a po-derão usar.

Três das interfaces desta área estão apresentada nas figuras 4.3, 4.4, 4.5, sendo a primeira uma área para autenticação dos administradores, a segunda a área de gestão dos utilizadores da plataforma e a terceira uma página para a alteração dos dados de um utilizador, como os seus privilégios, email, primeiro e último nome, email, entre outros. Uma vez que a password dos utilizadores se encontra encriptada, o acesso por parte do administrador a esta é impossibilitado, garantindo privacidade e segurança ao utilizador.

Figura 4.4: Página de gestão de Utilizadores da Plataforma

Figura 4.5: Página para alterar os dados de um Utilizador

Àrea de Utilizadores

A interação Utilizador-Plataforma começa com a Aplicação Web. Nesta, este é introduzido aos conceitos, assim como à sua utilização. É ainda nesta aplicação que os seus utilizadores se poderão registar na plataforma.

4.2. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES 39 Há três razões principais que levam à necessidade de um utilizador de se registar na plataforma:

• A sua validação como utilizador. Para que lhes seja permitido aceder às aplicações médicas é necessário a autenticação inicial do seu utilizador. É através desta que a aplicação recebe os dados do médico como o número de identificação, o nome e a sua instituição hospitalar, que a aplicação utiliza para o preenchimento das folhas de suporte como de pedidos deNPT, entre outros..

• O acesso ao download da ferramenta médica a ser usada;

• O acesso aos componentes que possibilitam a sua incorporação em novas instituições de saúde.

As principais interfaces desta área estão apresentadas nas figuras 4.6, .

Figura 4.7: Página de autenticação da Aplicação Web