Intelligent mining and pattern recognition of medical data for context aware telemedicine applications

Abstract

Recent advances in ICT are reshaping health systems and introducing new medical and care schemes with the development of novel tools that enable remote monitoring of patients and management of chronic conditions, timely response in emergency situations, and the delivery of healthcare to the patient’s site, while saving time, traveland other expenses. With the enormous costs associated with chronic disease management and the globally increasing ageing population, Ambient Assisted Living (AAL) technologies for unobtrusive monitoring and emergency incident detection (e.g. detection of falls), utilizing bio-sensors and devices such as video cameras, have started to gain significant attention. The main goal of context aware computing is to acquire and utilize information about the context of a device to provide services that are appropriate to particular people, place, time, events, etc. In the domain of patient remote care, context awareness refersto detection of patient status and appropriate adaptation of the medical services according to the latter status and environmental conditions. Despite the numerous implementations and proposals of telemedicine and e-health platforms found in the literature, only a few works include context awareness Motivated by this fact, this work proposes and examines the application of innovative technologies and methods for the introduction of context awareness and adaptation in AAL systems. More specifically, the presented work includes applications for patientf all detection utilizing motion, audio, and video data acquisition, scalable compression, retrieval and decompression of medical images, as well as presentation of patient data, on mobile devices, and management of pervasive healthcare data on the Cloud. Moreover, a context-aware framework that is independent of the applications used and the underlying network infrastructure is proposed. Issues and challenges stemming from the deployment of these technologies are also discussed and some possible solutions are proposed.

Τα τελευταία χρόνια, η εξέλιξη του τομέα των ΤΠΕ έχει αρχίσει να αναδιαμορφώνει τα συστήματα υγείας και να δημιουργεί νέα μοντέλα παροχής φροντίδας και περίθαλψης, βασισμένα σε εργαλεία που επιτρέπουν την παρακολούθηση και διαχείριση χρόνιων ασθενών από απόσταση, την έγκαιρη παρέμβαση σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, καθώς και την παροχή φροντίδας στο χώρο του ασθενούς, μειώνοντας τις αποστάσεις, τον χρόνο και κατ’ επέκταση το κόστος. Λόγω της μεγάλης επιβάρυνσης που προκαλεί η διαχείριση χρόνιων νοσημάτων στο σύστημα υγείας, αλλά αυξανόμενης γήρανσης του πληθυσμού παγκοσμίως, οι τεχνολογίες για την ανεξάρτητη υποβοηθούμενη διαβίωση, οι οποίες επιτρέπουν τη διακριτική παρακολούθηση του ασθενή και την αυτόματη ανίχνευση δυνητικά επικίνδυνων καταστάσεων (π.χ. ανίχνευση πτώσεων) μέσω βιοαισθητήρων και συσκευών όπως βιντεοκάμερες, έχουν εξελιχθεί σε σημαντικό πεδίο έρευνας. Η επίγνωση πλαισίου (context awareness) στις τεχνολογίες πληροφορικής αφορά τη λήψη και αξιοποίηση δεδομένων μέσω συσκευών, με στόχο την παροχή υπηρεσιών προσαρμοσμένων κατάλληλα για συγκεκριμένο χρήστη, χρόνο, τόπο, κλπ. Ειδικότερα, στο πλαίσιο της τηλεφροντίδας ασθενών, επίγνωση πλαισίου σημαίνει ανίχνευση της κατάστασης του ασθενή και κατάλληλη προσαρμογή των υπηρεσιών φροντίδας με βάση αυτή την κατάσταση, αλλά και τις συνθήκες του περιβάλλοντός του. Παρά τον μεγάλο αριθμό συστημάτων τηλεϊατρικής και ηλεκτρονικής υγείας που έχουν προταθεί και υλοποιηθεί, ελάχιστα ενσωματώνουν την έννοια της επίγνωσης πλαισίου. Η παρούσα διατριβή εξετάζει την εφαρμογή καινοτόμων τεχνολογιών και πρακτικών για την ενσωμάτωση της επίγνωσης πλαισίου σε συστήματα ανεξάρτητης υποβοηθούμενης διαβίωσης. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται εφαρμογές για την ανίχνευση πτώσεων αξιοποιώντας δεδομένα κίνησης, εικόνας και ήχου, για την συμπίεση ιατρικών εικόνων και την προβολή αυτών και άλλων ιατρικών δεδομένων σε κινητές συσκευές, καθώς και για τη διαχείριση ιατρικών δεδομένων στο Cloud. Επιπλέον, προτείνεται μια context-aware αρχιτεκτονική, ανεξάρτητη από τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται. Τέλος, παρατίθενται κάποια ανοιχτά ζητήματα που προκύπτουν από την εφαρμογή των παραπάνω τεχνολογιών, μαζί με κάποιες πιθανές λύσεις.