Semantic interoperability of ambient intelligent medical devices and e-health systems

Abstract

State-of-the-art mobile medical devices provide important therapeutic functions with valuable information of treatment patterns at the point-of-care. However, such devices mostly remain independent islands of information being unable to share the medical data they gather with other medical devices, hospital information system or laboratory information system on a real-time basis. Standards organizations such as IEEE have made various attempts to resolve the medical devices' interoperability problem using single communication standard, such as IEEE 1073, but ended with moderate success. During the last years, the Semantic Web and Web Service technologies have gained enormous attention for building solutions to provide semantic interoperability between information systems and smart devices in various domains, such as tourism and factory automation. This thesis takes advantage of these technologies and presents a decentralized semantic middleware infrastructure for medical devices, named Semantic Medical Devices Space (SMDS) to provide interoperability among medical devices as well as with e-Health systems. The SMDS framework leverages the current medical devices towards the next generation of Ambient Intelligent Medical Devices, which are not only aware of other medical devices and their services present in healthcare environments, but also able to share their measurement results through Semantic Web Services in context-aware healthcare applications.

Hochmoderne mobile medizinische Geräte stellen wichtige therapeutische Funktionen mit wertvollen Informationen über Behandlungsmuster zur patientennahen Versorgung zur Verfügung. Solche Geräte bleiben zumeist unabhängige Informationsinseln, die nicht in der Lage sind, die Daten, die sie sammeln, mit anderen medizinischen Geräten, Krankenhausinformationssystemen oder Laborinformationssystemen in Echtzeit auszutauschen. Organisationen zum Entwickeln von Standards wie IEEE haben in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Versuche unternommen, das Interoperabilitätsproblem von medizinischen Geräten mit einzelnen Kommunikationsstandards wie IEEE 1073 zu lösen, die alle mit mäßigem Erfolg endeten. Während der letzten Jahre haben das Semantic Web und Web-Service-Technologien große Aufmerksamkeit zur Schaffung von Lösungen gewonnen, die semantische Interoperabilität zwischen Informationssystemen und intelligenten Geräten in verschiedenen Domänen bereitstellen, z.B. in der Fertigungsautomatisierung und im Tourismus. Die vorliegende Arbeit nutzt die Vorteile solcher Technologien und präsentiert eine dezentralisierte, semantische Middleware-Infrastruktur für medizinische Geräte, die Semantic Medical Device Space (SMDS) genannt wird. Das SMDS-Framework gewährleistet die Interoperabilität sowohl zwischen medizinischen Geräten als auch mit e-Health- Systemen. Es verhilft den aktuellen medizinischen Geräten, sich zur nächsten Generation von ambienten intelligenten medizinischen Geräten zu entwickeln, die nicht nur andere medizinische Geräte und Services in einer Gesundheitsversorgungsumgebung erkennen können, sondern auch fähig sind, ihre Messergebnisse durch semantische Web Services in kontextbewussten medizinischen Anwendungen auszutauschen.