Aims

Information and communication technologies (ICT) are having a tremendous impact on health care research and clinical practice, and on the development of healthcare systems.

The course presents computer science principles, technologies, methods and instruments for the structured collection, integration, sharing and computational analysis of clinical information and biomedical knowledge. It will point out as information and knowledge engineering – in particular the areas regarding knowledge description, data bases, semantic web, workflows, web services and service oriented architectures – can profitably support the effective management of medical, clinical and biomolecular data, and contribute to extract their valuable information content toward improving biomedical knowledge and health care.

Students will build knowledge on issues related to bio-medical-molecular data and clinical information, and will develop skills on ICT instruments enabling the interoperability and development of applications to manage and process such data and information; they will learn how to effectively use the ICT to efficiently tackle the mentioned issues in an adequate and sustainable way for the biomedical domain.

After the course, students will be able to leverage the acquired competences to take advantage of the opportunities offered by the increasing ICT development and relevance in the health care.

Obiettivi

Le tecnologie dell’Informazione e della comunicazione (ICT) stanno avendo uno straordinario impatto sulle scienze della vita e sulla cura della salute, sia nella ricerca che nella pratica clinica, e sullo sviluppo dei sistemi sanitari.

Il corso presenta principi, tecnologie, metodi e strumenti informatici per la raccolta strutturata, integrazione, condivisione e analisi computazionale di informazioni cliniche e conoscenza biomedica. Verrà evidenziato come l’ingegneria dell’informazione e della conoscenza – in particolare le aree riguardanti la descrizione della conoscenza, le basi di dati, il semantic web, i workflow, i servizi web e le architetture orientate ai servizi – possano proficuamente aiutare la gestione efficace di dati medici, clinici e biomolecolari, e contribuire a estrarre il loro prezioso contenuto informativo per il miglioramento della conoscenza biomedica e la cura della salute.

Gli studenti acquisiranno conoscenza dei problemi relativi ai dati bio-medici-molecolari e alle informazioni cliniche, svilupperanno abilità relative agli strumenti dell’ICT che permettono l'interoperabilità e lo sviluppo di applicazioni per gestire ed elaborare tali dati e informazioni; impareranno come usare efficacemente l’ICT per affrontare efficientemente i problemi citati, in modo adeguato e sostenibile per l’ambito biomedico.

Dopo il corso gli studenti saranno capaci di sfruttare le competenze acquisite per trarre vantaggio dalle opportunità offerte dal crescente sviluppo e rilevanza dell’ICT nella cura della salute.

Learning outcomes

Risultati di apprendimento attesi

Syllabus

Seminar lectures and practices in informatics room on the following topics compose the course; in case, at the end of the course, an external technical visit to an experimental research laboratory, or a seminar lecture by a field expert, will take place.

- Introduction (2 hours): Definitions, methodologies and motivations

- Medical information and medical record standards for interoperability and sharing (2+6 hours): Taxonomy of medical information and examples of medical records, concepts of biomedical data security and privacy, standards for biomedical information structuring, interoperability and sharing

-  Biomedical terminologies and ontologies (2+2 hours): Controlled vocabularies for digital medical records, interoperability of biomedical nomenclature systems

-  Databanks of bio-medical-molecular information (2 hours): Bio-medical-molecular databanks and web applications to use them, integration and analysis of the provided information

- Biomedical web services and workflows (6+2 hours): Hints of Service Oriented Architectures, technologies for programmatic access to biomedical-molecular distributed resources, web service composition and orchestration, workflow execution and sharing

-  Semantic web for health care (6 hours): Introduction and main technological features, biomedical data in RDF, SPARQL for data integration and querying, biomedical ontologies in RDF-S/OWL, automatic reasoning and its requirements

-  Examples of some available software tools for healthcare and biomedicine (20 hours): Software tools available as web applications, web services, freeware and open source programs

Programma delle lezioni e delle esercitazioni

Il corso si compone di lezioni frontali ed esercitazioni in aula informatizzata sui seguenti argomenti; alla fine del corso potrà essere organizzata una visita tecnica esterna a un laboratorio sperimentale di ricerca, o una lezione seminariale di un esperto del settore.

-  Introduzione (2 ore): definizioni, metodologie e motivazioni

-  Standard, interoperabilità e condivisione di informazioni mediche e cartelle cliniche (2+6 ore): Tassonomia di informazioni mediche ed esempi di cartelle cliniche, elementi di sicurezza e riservatezza dei dati biomedici, standard per la strutturazione, interoperabilità e condivisione di informazioni biomediche

-  Terminologie e ontologie biomediche (2-2 ore): Vocabolari controllati per cartelle cliniche digitali, interoperabilità di sistemi di nomenclatura biomedici

-  Banche dati di informazioni bio-medico-molecolari (2 ore): Banche dati bio-mediche-molecolari e applicazioni web per il loro utilizzo, integrazione e analisi delle informazioni fornite

-  Servizi web e workflow biomedici (6+2 ore): Elementi di Architetture Orientate ai Servizi, tecnologie per l’accesso programmatico a risorse biomediche-molecolari distribuite, composizione e orchestrazione di servizi web, esecuzione e condivisione di workflow

-  Semantic web per la cura della salute (6 ore): Introduzione e principali caratteristiche tecnologiche, dati biomedici in RDF, SPARQL per l’integrazione e l’interrogazione dei dati, ontologie biomediche in RDF-S/OWL, reasoning automatico e suoi requisiti

-  Esempi di alcuni strumenti software disponibili per la sanità e la biomedicina (20 ore): strumenti software disponibili come applicazioni web, servizi web e programmi freeware e open source

Laboratory activities

During course practices, all given in an informatics room, several information and communication technologies, data banks and public available tools will be illustrated and used in the health care and life science context.

Attività di laboratorio

Durante le esercitazioni del corso, tutte svolte in aula informatizzata, varie tecnologie dell’informazione e della comunicazione, banche dati e strumenti pubblicamente disponibili saranno illustrati e utilizzati nel contesto della cura della salute e delle scienze della vita.

Lecturer notes

Other teaching material

The slides presented during the course and the estimated detailed schedule of lectures and practices are available on the "Be e-Poli" (BeeP), the portal for the network activities of students and professors at the Politecnico di Milano, accessible from the Politecnico di Milano web site; students registered to the course for the current academic year can access it.

Note docente

Altro materiale didattico

Le diapositive presentate durante il corso e il calendario preventivo dettagliato delle lezioni ed esercitazioni sono disponibili in "Be e-Poli" (BeeP), il portale per le attività in rete di docenti e studenti del Politecnico di Milano, accessibile dal sito web del Politecnico di Milano; vi hanno accesso gli studenti iscritti al corso nell'anno accademico corrente.

Prerequisites

None; biomedical concepts required to understand motivations and aims of the presented methods and technological applications will be introduced during the course.

Prerequisiti

Nessuno; i concetti biomedici necessari per comprendere motivazioni e finalità delle metodologie e applicazioni tecnologiche illustrate verranno introdotti durante il corso.

Assessment

The assessment is based on a written exam at the end of the course, with exercises and open questions on all the topics presented during the course lectures or practices.

Competence in discussing and correlating together the course topics, with appropriate terms and attention to the relevant conceptual aspects, is a fundamental element for a positive evaluation.

The following table provides a detailed overview of the different types of assessments that contribute to verify the expected learning outcomes.

Modalità di valutazione

L'esame consiste in una prova scritta alla fine del corso, con esercizi e domande aperte che coprono tutti gli argomenti trattati durante le lezioni o le esercitazioni del corso.

La capacità di discutere e relazionare tra loro gli argomenti oggetto del corso, con l’impiego dei termini appropriati e l’attenzione agli aspetti concettuali importanti, costituisce elemento fondamentale per una valutazione positiva.

La tabella che segue dettaglia come le diverse forme di valutazione contribuiscono alla verifica dei risultati di apprendimento attesi.

Health informatics series.

Collana Scienze e tecnologie per la salute.