Kartläggning av den digitala molnarkitekturen inom hälso- och sjukvården: FHIR och EHR inom medicinteknik

Sedan 2020 harefterfrågan på virtuell hälso- och sjukvård ökat med hela 38 gånger. Denna oöverträffade tillväxt innebär i sin tur både stora möjligheter och utmaningar för de stora aktörerna inom hälso- och sjukvården världen över.

Den snabba tillväxten har visserligen möjliggjort tillgång via flera kanaler till en större patientbas, men den har också lett till att enorma mängder känsliga hälsorelaterade data genereras – ett rikt jaktmark för aktörer som utgör cyberhot. Samtidigt medför beroendet av äldre, isolerade system utmaningar när det gäller integrering, särskilt i takt med att tillämpningar för telemedicin och det medicinska sakernas internet (IoMT) ökar och bidrar till datamängdernas tillväxt.

Centers for Medicare & Medicaid Services (CMS) och Office of the National Coordinator for Health IT (ONC) har, som svar på den föränderliga situationen, infört riktlinjer som kräver att de nuvarande isolerade datasystemen avskaffas. Dessa riktlinjer utgör ett försök att möjliggöra sömlös, datadriven kommunikation mellan sjukhus, läkare, betalare, läkemedelsföretag samt tillverkare av medicintekniska produkter och utrustning – vilket därmed underlättar bättre hälsoresultat över hela linjen.

Ur ett driftsperspektiv har de nya reglerna tvingat IT-team inom hälso- och sjukvårdsorganisationer (HCO) att införa interoperabilitet som ett funktionellt krav på programvaran. Fokus ligger på en smidig och fullständig dubbelriktad överföring av hälso- och sjukvårdsinformation, inklusive patientinformation, mellan relevanta och godkända intressenter.

För att uppnå sådan interoperabilitet måste dagens hälso- och sjukvårdssystem kunna kommunicera via ett gemensamt gränssnitt. Men med över 40 standardiseringsorganisationer (SDO:er) inom hälso- och sjukvårds-IT är kampen för att välja rätt standardiserat format för datainteroperabilitet och lagring ett akut problem för HCO:er. Den snabba ökningen av datamängderna leder därför till växande oro inom hela branschen, vilket driver på en ökad användning av molntjänster – en övergång som ytterligare understryker det kritiska behovet av ett effektiviserat datautbyte i enlighet med de standardiserade riktlinjerna för interoperabilitet. 

En undersökningsrapport, publicerad i april 2021, redogjorde för hur vårdorganisationer lagrar sin patientinformation. Siffrorna visade att även om de flesta vårdorganisationer centraliserade sina data, var det endast cirka 24 procent av dem som övervägde att framtidssäkra sig genom att konfigurera en hållbar hybridmolninfrastruktur.

                                                                      Figur 1: Andel vårdorganisationer som använder respektive lagringslösning

Som Gartner uttrycker det, framträder molnbaserad lagring av hälso- och sjukvårdsdata redan i detta tidiga skede som en marknadsomvälvande faktor. Det finns dock några goda nyheter. Organisationerna inser i allt högre grad fördelarna med att införa en hybrid- eller multicloud-strategi för att hantera potentiella cybersäkerhetsproblem. År 2022 använde endast cirka tre procent av organisationerna ett enda privat eller offentligt moln, vilket är betydligt lägre jämfört med den topp på 29 procent som nåddes 2019.

Och vårdorganisationer som går över från traditionell monolitisk arkitektur till en decentraliserad, delbar och skalbar molnarkitektur skördar också fördelarna. En viktig fördel är det oberoende som detta ger från rigida IT-infrastrukturer som begränsar interoperabiliteten mellan servrar. En andra fördel är flexibiliteten: friheten att använda hybrid-/multicloud-arkitektur efter behov för att skala upp hälso- och sjukvårdssystemen och driftsätta valfritt antal molnlösningar efter behov.

Framöver erbjuder framsteg inom molninnovationer – inklusive intelligent molnintegration, molnbaserad hemautomatisering och autonoma multicloud-containerplattformar – vårdorganisationer löftet om högre värde, säkerhet och bättre anslutningsmöjligheter.

Detta scenario är dock endast möjligt när alla funktioner har tillgång till insikter från enhetligt kategoriserade data.

IEEE definierar formellt interoperabilitet som ”förmågan hos två eller flera system eller komponenter att utbyta information och att använda den information som har utbytts”. Denna definition öppnar upp för två begreppsmässiga nivåer,

• Syntaktisk
• Semantisk

Syntaktisk interoperabilitet är standardiseringen av dataformat och kommunikation som utgör den grundläggande länken och integrationen mellan system eller deras komponenter. Här utnyttjar man informationsmodellerna för att koppla samman heterogena datakällor genom att använda gemensamma former/standarder för korsmappning.

Semantisk interoperabilitet hanterar utmaningarna med att korrekt tolka och utnyttja den information som utbyts genom syntaktisk interoperabilitet. Här ligger fokus på sätt att hantera utmaningarna kring kunskapsrepresentationsscheman som är begripliga för användaren, beräkningsbara och utbyggbara.

Kartläggningen av den digitala arkitekturen kräver en interoperabilitetsstandard med ett enhetligt lagrings- och åtkomstformat. Hälso- och sjukvårdsorganisationer förlitar sig främst på Health Level 7:s (HL7) standard Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR), som stöder dubbelriktat datautbyte för både dataläsning och datainmatning. FHIR möjliggör även mer detaljerade datatyper och dokument och kan användas för plug-and-play-appar.

API:er för hälso- och sjukvård, såsom Google Healthcare API, utnyttjar FHIR för att kartlägga och överföra data. I ett exempel gjorde API:et det möjligt för ett stort apotek att skapa ett djupare engagemang hos patienterna samtidigt som driftskostnaderna minskades.

FHIR har sedan en tid tillbaka varit den självklara standarden för att möjliggöra semantisk interoperabilitet, där systemet använder en gemensam transportmetod för att flytta data. ”Äkta” datainteroperabilitet kräver dock även semantisk interoperabilitet, vilket hjälper systemet att utnyttja elektroniska patientjournaler (EHR) för att förstå den exakta innebörden och sammanhanget för data.

Under årens lopp, med flera versioner av HL7, har FHIR dock inte lyckats upprätthålla semantisk interoperabilitet mellan de olika versionerna.

För att förhindra dataförlust vid konvertering introducerade ett konsortium av hälso- och sjukvårdsorganisationer en ny teknik, baserad på en domänstyrd informationssystemplattform med kliniska modeller och specifikationer. openEHR bidrog till att skapa en bro mellan fackpersoner inom området och IT-utvecklare, vilket etablerade en fastställd betydelse för varje datatyp. E-hälsotekniken möjliggjorde snabb applikationsutveckling med hjälp av low-code-verktyg, och samtidigt bidrog dess förkonfigurerade komponentorienterade gränssnitt till att införa kostnadseffektiv interoperabilitet.

För att bättre förstå detta kan man säga att FHIR:s främsta mål kretsar kring skapandet av en koppling mellan system och system (B2B) samt mellan system och applikation (B2C). B2B-delen är i huvudsak ett informationsbaserat tillvägagångssätt, medan B2C-delen tillgodoser grundläggande behov för att underlätta toppmoderna applikationer inom hälso- och sjukvårdssystemet.

FHIR har bredare API-täckning och är ett banbrytande projekt som på ett utmärkt sätt har lyckats skapa API:er för komplexa uppgifter.

Å andra sidan erbjuder openEHR omfattande täckning av patient- och medborgarinformation samt betydande täckning av det kliniska modellområdet. Det har dock begränsad API-kompatibilitet.

Huvudmålet med openEHR är att ta itu med utmaningarna kring hållbara och beräkningsbara journaler inom ett öppen källkodsbaserat patienthanteringssystem. Detta utgör en långsiktig och framåtblickande utmaning, som i sin tur hanteras genom att utnyttja principerna för plattformsarkitektur. Vad vi måste komma ihåg här är att openEHR i sig endast erbjuder vissa delar av denna plattform, som i sin tur måste ha tillgång till lämplig terminologi, läkemedelsdatabaser och relevanta tjänstegränssnitt.

Även om de flesta vårdorganisationer känner till och använder FHIR, väcker openEHR allt större uppmärksamhet tack vare sin robusthet och anpassningsförmåga. Genom mina kontakter med branschfolk har vi upptäckt en allmän förvirring kring användningen av FHIR och EHR. För att förklara hur de används är det bäst att sätta dem i ett molnperspektiv. Nedan följer vissa utmaningar med FHIR som openEHR kan hantera för vårdorganisationer som vill skala upp eller migrera till molnmiljöer.

Den första utmaningen gäller datamodellens robusthet. FHIR kan modellera och lagra data för vissa användningsfall. När datamängderna dock omfattar breda och komplexa kategorier är openEHR en mer lämplig standard. När det till exempel gäller lagring av observationsdata för patienter kan FHIR tillhandahålla några generiska resurser. openEHR har däremot en färdig utformad mall för att observera ett visst tillstånd baserat på flera parametrar, inklusive kroppstemperatur, blodtryck och hjärtfrekvens.

Den andra utmaningen gäller affärsintelligens och analys. FHIR har en standarduppsättning REST-API:er som IT-utvecklare använder för att utforska datamängder. Denna metod för att göra sökningar i data kräver direkt kommunikation med API:et, vilket i sin tur kräver förståelse för komplexa SQL-dialekter. openEHR:s AQL, det inbyggda frågespråket, erbjuder istället ett gränssnitt för att utforska data. Detta kanske dock inte fungerar för alla användningsfall inom analys som kräver att data bearbetas på olika sätt.

Den tredje utmaningen, som kort nämndes tidigare, är versionshantering. Nya versioner av HL7-standarderna har förändrat semantik i modellerade data. Till exempel har resursen AllergyIntolerance ändrat ”assertedData” till ”recordedDate”, vilket är semantiskt annorlunda jämfört med den tidigare modellen. Detta utgör ett stort problem när det gäller att modellera data i FHIR-formatet. För att hantera utmaningen måste utvecklare antingen införa ett översättningslager eller migrera hela datamängden till den nya versionen. I openEHR anpassar datamodellens utformning sig till förändringar genom en grundläggande referensmodell. Den har en uppsättning generiska basklasser och typer. Detta gör det möjligt för plattformen att modellera kliniska arketyper och mallar för användning i olika användningsfall. Utvecklare av IT-system för hälso- och sjukvården kan välja de parametrar de behöver från arketyperna och mallarna för att skapa sin referensmodell, vilket skapar modelleringsmiljön inom programvaran.

Ovanstående diskussion leder oss till en viktig insikt – att både FHIR och openEHR spelar en avgörande roll för att säkerställa effektiv interoperabilitet inom molnmiljöer. En framåtblickande digital arkitektur i molnet måste mappas mot både FHIR och openEHR (Figur 2) för att uppnå betydande förbättringar av produktivitet, användbarhet och flexibilitet. FHIR och openEHR kan mappas utifrån specifika användningsfall och krav. 

                                                   Figur 2: Grundläggande digital arkitektur som illustrerar kombinerad användning av FHIR och openEHR

Den första bilden illustrerar ett grundläggande interoperabelt system för utbyte av sammanfattande information mellan applikationer. Här hjälper FHIR till att koppla samman applikationssystemen, medan openEHR möjliggör bättre kontroll över de komplexa datamängderna.

Den andra bilden visar hur utvecklare kan använda openEHR som översättningsgränssnitt för FHIR-API:et.

Den tredje bilden visar en mer fördjupad användning av openEHR, denna gång som ett API. I vissa användningsfall används openEHR-API:et tillsammans med FHIR-API:et för att hantera komplexa datamängder och möjliggöra omfattande interoperabilitet.

Att implementera både FHIR och openEHR i molnarkitekturen ger följande viktiga fördelar:

• Kombinationen av openEHR och FHIR gör det möjligt för IT-team inom hälso- och sjukvården att säkerställa att data i molnet förblir intakta även efter uppdateringar av HL7-standarderna.
• Den kombinerade interoperabiliteten hjälper IT-team att skala upp med hjälp av olika molnlösningar utan rädsla för att data ska gå förlorade eller förlora sin betydelse.
• Standarder som fastställts av EHR och FHIR gör det möjligt för företaginom hälso- och sjukvården att utnyttja de möjligheter som molnet erbjuder, såsom fjärrkommunikation med patienter och läkare.

I vilken utsträckning dessa fördelar kan realiseras beror på storleken på patientjournalerna, vårdorganisationerna, antalet patienter och andra relaterade faktorer.

Vad vi måste komma ihåg här är att hälso- och sjukvårdsbranschen nu befinner sig i ett skede där integrationen av mogna och kompletterande tekniker kan förändra hur vi uppfattar patientresultat och befolkningens hälsa. I takt med att molntjänster förbättrar skalbarheten och flexibiliteten för företagen har robusta standarder för interoperabilitet och lagring blivit avgörande för datanvändning och datalagring.