Un contesto: il sistema WITH

In prossimità di questa linea di ricerca esisteva già il sistema WITH, dedicato alla scrittura collaborativa dei protocolli clinici. È rilevante qui soltanto come elemento di contesto, perché rendeva visibile il problema della struttura del protocollo e della cooperazione tra gli autori.

Il mio contributo principale non riguardò lo sviluppo del sistema WITH in quanto tale, bensì la modellazione dell’intero processo dello studio clinico, la relazione tra protocollo, CRF e infrastruttura informativa, nonché le successive estensioni verso l’interoperabilità e le ontologie.

Come documento di contesto si può consultare The Conceptual Basis of WITH, a Collaborative Writer System of Clinical Trials . Non figuro tra gli autori; lo menziono perché il sistema precedette e influenzò la nostra successiva ricerca sulla modellazione completa dello studio clinico.

Obiettivo della ricerca

Lo studio clinico non è soltanto una successione di moduli, procedure e rapporti, ma un processo di ricerca completo, nel quale intervengono simultaneamente il protocollo, l’organizzazione dei centri partecipanti, la selezione e il monitoraggio dei pazienti, la raccolta e la validazione dei dati, la valutazione dei risultati e gli obblighi di comunicazione e tracciabilità. Dal punto di vista informatico, la sua complessità deriva proprio dall’articolazione di questi livelli eterogenei in una struttura coerente e controllabile.

Il mio principale interesse fu trovare una descrizione sufficientemente generale e sufficientemente rigorosa da trattare lo studio clinico come processo standardizzabile, riutilizzabile e supportabile mediante strumenti informatici. In questo senso, la domanda centrale non riguardava soltanto il modo in cui si redige un protocollo, ma il modo in cui può essere modellata l’intera ricerca clinica, dalla definizione dello studio fino alla pubblicazione dei risultati.

Modello del processo dello studio clinico

Il nucleo di questa linea di ricerca fu il tentativo di modellare lo studio clinico come processo unitario. Partii dall’idea che la ricerca clinica dovesse essere compresa globalmente, non soltanto attraverso applicazioni locali dedicate a compiti isolati. In questo approccio, lo studio clinico fu strutturato in tre grandi sottoprocessi:

• gestione dello studio clinico;
• gestione delle unità statistiche;
• processo di assistenza al paziente.

Ciascuno di questi sottoprocessi ha obiettivi propri, agenti propri, risorse, regole e ambienti operativi differenti. Il modello fu descritto attraverso prospettive funzionali, strutturali e comportamentali, usando UML come linguaggio comune di espressione. In questo modo, lo studio clinico poteva essere considerato non soltanto come documento, ma come architettura di attività, ruoli, flussi informativi e artefatti.

Lo scopo di un simile modello era duplice: da un lato, offrire una rappresentazione standard del processo, riutilizzabile in contesti differenti; dall’altro, creare una base per l’interoperabilità tra le applicazioni che supportano la redazione del protocollo, la gestione dei CRF, il monitoraggio dell’esecuzione, la gestione degli eventi avversi e lo scambio di informazioni tra i centri.

Protocollo, CRF e struttura dei dati

All’interno del modello, il protocollo occupa una posizione centrale. Non è soltanto il documento iniziale dello studio, ma il nucleo normativo e operativo che governa tutte le altre attività. Dal protocollo derivano i criteri di eleggibilità, il piano terapeutico, il calendario delle valutazioni, la struttura dei dati e gli obblighi di monitoraggio.

Il CRF (Case Report Form) è la traduzione del protocollo in una struttura di dati operativa. Rappresenta il modulo, cartaceo o elettronico, nel quale vengono registrati, per ogni soggetto incluso nello studio, tutti i dati richiesti dal protocollo. Dal punto di vista informatico, il CRF è l’interfaccia formale tra protocollo, paziente, sperimentatore e base di dati dello studio.

Di norma, il CRF organizza l’informazione in sezioni quali: identificazione del soggetto e del centro, criteri di inclusione ed esclusione, consenso informato, dati demografici, anamnesi e trattamenti concomitanti, visite programmate, esami clinici e di laboratorio, somministrazione del trattamento, deviazioni dal protocollo, reazioni avverse e valutazioni finali.

La progettazione di un CRF parte sempre dal protocollo, non da un elenco arbitrario di campi. Si analizzano anzitutto gli obiettivi dello studio, gli endpoints, i criteri di eleggibilità, le visite, le procedure, le regole di sicurezza e i requisiti statistici. Solo in seguito si definiscono i dati necessari, i moduli, le variabili, le regole di validazione e gli scenari di test. Un CRF ben progettato deve essere completo, ma non inutilmente sovraccarico; semanticamente chiaro; fedele al protocollo; e predisposto sia per l’esecuzione dello studio sia per la sua analisi.

Piattaforma IT e architettura orientata ai servizi

Una naturale prosecuzione della modellazione del processo fu il tentativo di ricavare, da tale modello, un’infrastruttura IT capace di sostenere concretamente lo svolgimento dello studio clinico. Il mio interesse non si fermò alla descrizione astratta del processo, ma si estese all’individuazione di una piattaforma informatica capace di integrare compiti, prodotti software eterogenei, applicazioni esistenti e nuovi servizi.

In questa fase, l’architettura orientata ai servizi (Service-Oriented Architecture) apparve come soluzione naturale per sostenere la flessibilità, l’estensibilità e l’interoperabilità tra organizzazioni, piattaforme e applicazioni coinvolte nell’intero processo dello studio clinico. Il modello del processo diventava così la base per l’identificazione dei servizi, la loro composizione e la definizione di flussi informativi più flessibili e riutilizzabili.

Interoperabilità e scambio di informazioni

Un’altra dimensione importante di questa ricerca fu l’interoperabilità. Gli studi clinici coinvolgono molteplici organizzazioni, piattaforme e applicazioni: autorità, sponsor, centri partecipanti, sistemi di gestione dei dati, registri pubblici, sistemi di segnalazione e basi di conoscenza. In assenza di modelli comuni e strutture semantiche stabili, lo scambio di informazioni rimane frammentario e difficile.

Da questa prospettiva, l’analisi basata sui metadati mirava proprio a confrontare e articolare le rappresentazioni utilizzate dai diversi attori istituzionali, al fine di favorire lo scambio di informazioni e l’accesso pubblico ai dati essenziali sugli studi clinici. Il tema non riguarda più soltanto l’esecuzione interna di un trial, ma anche la sua visibilità, comparabilità e comunicazione nell’ecosistema più ampio della ricerca medica.

Ontologie e criteri di selezione

Un’importante estensione di questa direzione fu sviluppata insieme alla mia dottoranda Crenguța Bogdan , applicando il metodo concern-oriented all’ontologia degli studi clinici. L’attenzione si concentrò in particolare sui criteri di selezione dei soggetti e sulla possibilità di suddividere il dominio concettuale dello studio clinico in sottodomini orientati alle preoccupazioni degli attori coinvolti.

Una parte importante delle mie ricerche sulla modellazione degli studi clinici e sull’interoperabilità semantica dei sistemi di supporto fu sviluppata insieme a Crenguța Bogdan, che estese il metodo concern-oriented verso l’ontologia dei criteri di selezione e verso la strutturazione semantica dei protocolli clinici.

Questo approccio aggiunge al modello di processo una dimensione semantica: non soltanto le attività e i flussi devono essere descritti rigorosamente, ma anche il vocabolario dei concetti, le relazioni tra essi, i ragionamenti impliciti e la struttura semantica delle componenti del protocollo. In questa forma, il tema dei clinical trials incontra direttamente le ontologie, l’analisi semantica e i requisiti di interoperabilità tra sistemi e servizi.

Articoli sul tema

I lavori elencati di seguito seguono l’evoluzione della ricerca dalla modellazione complessiva dello studio clinico alla progettazione della piattaforma informatica, all’architettura orientata ai servizi, all’interoperabilità mediante metadati e, infine, alla modellazione semantica del protocollo.

• 2004 — Toward a Model of Clinical Trials (PDF)
  L’articolo centrale della linea di ricerca: lo studio clinico viene modellato come processo completo, strutturato in tre sottoprocessi e descritto attraverso prospettive funzionali, strutturali e comportamentali.
• 2005 — Modeling Research to Set Up an IT Platform for Clinical Trial Management (PDF)
  Testo che collega il modello del processo al requisito di una piattaforma IT capace di sostenere il protocollo, il CRF e le attività associate alla gestione dello studio. Alla stessa fase appartiene anche la pubblicazione Modelling Medical Research Processes to Set Up a Standard for a Clinical Trial Management System.
• 2006 — A Proposed Clinical Trial Model: Analyzing the CT Process
  Ripresa sintetica del modello del processo, orientata alla pratica degli studi clinici e alla standardizzazione dello scambio di dati tra le diverse fasi della ricerca.
• 2006 — E-Clinical Trials Supported by a Service-Oriented Architecture (PDF)
  Sviluppo orientato ai servizi, all’interoperabilità organizzativa e a un’infrastruttura flessibile per l’intero processo dello studio clinico.
• 2007 — Metadata-based Analysis to Improve Clinical Trial Exchange
  Estensione verso interoperabilità, registri, metadati e scambio di informazioni tra organizzazioni e piattaforme coinvolte nella ricerca clinica. Il lavoro fu presentato alla conferenza GL8 nel dicembre 2006 e pubblicato nel 2007.
• 2006 — Towards a Clinical Trial Ontology using a Concern-Oriented Approach
  Sviluppo semantico della linea di ricerca, con particolare attenzione ai criteri di selezione e all’ontologia degli studi clinici.
• 2007 — An Concern-Oriented and Ontology-Based Approach to Constructing Informational Facets of Clinical Trials (PDF)
  Prosecuzione della direzione ontologica, con particolare attenzione alla costruzione di facets informative e alla sezione del protocollo dedicata alla selezione dei soggetti.
• 2007 — A Concern-Oriented and Ontology-Based Approach to Support Clinical Protocols Writing
  Applicazione dell’analisi concern-oriented e delle ontologie al supporto della redazione dei protocolli clinici e della formulazione dei criteri di selezione.

Lavori correlati

Altri due articoli dello stesso periodo sviluppano il metodo concern-oriented nel quadro più generale dell’analisi dei sistemi informativi. Lo studio clinico e i criteri di selezione sono utilizzati come dominio applicativo, senza che i lavori appartengano esclusivamente al tema dei clinical trials.

• 2007 — Towards an Ontology using a Concern-Oriented Approach for Information Systems Analysis
• 2007 — Applying a Concern-Oriented and Ontology-Based Approach to Construction of Multifaceted Information Systems

Collegamenti correlati

• Torna a Informatica medica
  Il contesto più ampio nel quale si colloca questa linea di ricerca.
• Intelligenza artificiale
  Per la componente relativa a ontologie, semantica e supporto intelligente associata al tema dei clinical trials.
• Dottorandi
  Il contesto delle collaborazioni dottorali legate a questa linea di ricerca.