Desarrollo de una API para la interoperabilidad de prototipos de dispositivos médicos estudiantiles con una historia clínica electrónica libre

Abstract

La integración de dispositivos de Internet de las Cosas Médicas (IoMT) con Historias Clínicas Electrónicas (HCE) presenta barreras de interoperabilidad, especialmente en el ámbito académico, donde los estudiantes de ingeniería biomédica carecen de herramientas accesibles para vincular sus prototipos con sistemas de información reales. La presente tesis tuvo como objetivo desarrollar una API y un sistema de middleware para permitir la interoperabilidad estandarizada, automatizada y de bajo costo entre prototipos biomédicos y la HCE de código abierto GNU Health. La metodología abarcó el diseño de una arquitectura de microservicios dual basada en REST (APIs Merry y Sunny) que procesa tramas MQTT provenientes de un nodo simulador IoT. Dicho nodo (ESP32) fue programado para generar y estructurar datos fisiológicos en formato JSON empleando el recurso Observation del estándar internacional HL7 FHIR, favoreciendo interoperabilidad semántica. Simultáneamente, se implementó una interfaz web en Streamlit, soportada por una base de datos espejo en MariaDB, para el control remoto del nodo simulador y la visualización y trazabilidad de la información recibida. El sistema fue validado mediante pruebas funcionales de extremo a extremo, incluyendo una evaluación de consistencia y segregación de datos con 120 transmisiones correspondientes a 24 escenarios experimentales definidos mediante la metodología Input Space Partitioning (ISP) y el criterio All Combinations Coverage (ACoC). Bajo las condiciones controladas del estudio, no se observaron pérdidas de información ni asignaciones cruzadas de datos clínicos, y se verificó el registro de la información fisiológica en GNU Health. Se concluye que la solución desarrollada constituye una herramienta orientada al ámbito académico para experimentar con mecanismos de interoperabilidad e integración entre un nodo simulador biomédico y una HCE de acceso libre.

The integration of Internet of Medical Things (IoMT) devices with Electronic Health Records (EHRs) presents interoperability barriers, especially in the academic setting, where biomedical engineering students lack accessible tools to connect their prototypes to real-world information systems. The objective of this thesis was to develop an API and a middleware system to enable standardized, automated, and low-cost interoperability between biomedical prototypes and the open-source GNU Health EHR. The methodology involved the design of a dual REST-based microservices architecture (Merry and Sunny APIs) that processes MQTT messages from an IoT simulator node. This node (ESP32) was programmed to generate and structure physiological data in JSON format using the Observation resource of the international HL7 FHIR standard, thereby promoting semantic interoperability. At the same time, a web interface was implemented in Streamlit, supported by a mirror database in MariaDB, for remote control of the simulator node and for the visualization and traceability of the received information. The system was validated through end-to-end functional tests, including an assessment of data consistency and segregation using 120 transmissions corresponding to 24 experimental scenarios defined using the Input Space Partitioning (ISP) methodology and the All Combinations Coverage (ACoC) criterion. Under the controlled conditions of the study, no information loss or cross-assignment of clinical data was observed, and the recording of physiological data in GNU Health was verified. It is concluded that the developed solution constitutes an academic-oriented tool for experimenting with interoperability and integration mechanisms between a biomedical simulator node and an open-access EHR.