Ein nicht-monotones regelbasiertes System zur maschinellen ... · Auslassungen (Fraktur von Humerus und Radius) Mehrfachdiagnosen mit gegenseitigem Einfluss: Kreuz-Stern, komplexe

H.R. Straub / 4. April 2011 Nicht-monotones System

Ein nicht-monotones regelbasiertes System

zur maschinellen Diagnosekodierung

und sein Weg zum

kommerziellen Produkt

Hans Rudolf Straub Semfinder AG


1980 Medizinisches Staatsexamen in Bern ab 1986 Arbeit als Medizininformatiker ab 1989 Automatisierte Diagnosekodierung 1999 Firmengründung Semfinder AG Kreuzlingen, Schweiz Produkt: Semantische Kodiersoftware 2011 350 Krankenhäuser in DE / CH

www.semfinder.com

[email protected]

Hans Rudolf Straub / Semfinder AG

http://www.semfinder.com/

mailto:[email protected]


Diagnosekodierung

- Herausforderungen - Kodierung über semantische Modellierung

Komplexe Begriffsmodellierung

- Komposite Repräsentation - Architektur der Binnenstruktur

Kontrollierbarer Interpretationsprozess

- Non-Monotonie - Chronologiekontrolle

Der Weg zum kommerziellen Produkt


Realität

Text

KODE I49.3

Diagnose-Kodierung 1982 / 1989

?


Risswunde ... Messerstich ... Bisswunde ... Tiefer Riss ... Klaffende Verletzung ... Platzwunde ... Schnittwunde ... Stichwunde ... Offene Verletzung ...

... frisch ... schwer ... rechts ...

... ausgedehnt ... zerfranst

... ausgeschlossen ...

... Folge einer ...

S81.0 Offene Wunde des Knies

... Knie

... parapatellar

... Fossa poplitea

... neben der Kniescheibe

1. Problem: Kombinatorische Explosion


50 Formulierungen für offene Wunde × 10 Formulierungen für Knie × 10 x 20 × 20 Ausschmückungen = 2'000'000 Formulierungen für S81.0 × 13'000 Kodes = 26 Mrd. Formulierungen

Aufzählung möglich? Wartung möglich?

1. Problem: Kombinatorische Explosion


Infekte Neoplasien Kreislauf Atmung Geburt Symptome Unfälle ... ... ... ...

In der Realität überschneiden sich die hierarchischen Kategorien Streptokokken-Pneumonie

2. Problem: Komplexität

Kapitel der ICD-10


Überschneidungen (iatrogene Staphylokokken-Pneumonie)

Mehrdeutigkeiten (Kopf, Blase)

Negation (nicht insulinpflichtiger Diabetes ohne Kompl.)

Nicht-Information (Diabetes, n.n.b.)

Implikationen (Radius Knochen, Unterarm)

Auslassungen (Fraktur von Humerus und Radius)

Mehrfachdiagnosen mit gegenseitigem Einfluss:

Kreuz-Stern, komplexe Inklusiva und Exklusiva

Heterogene Eingaben grippaler Infekt, Grippe

Verstümmelte Eingaben Blinddarm



Die voll automatisierte Diagnosekodierung stellt Ansprüche: Sehr komplexe Ontologie Heterogene und z.T. verstümmelte Eingaben

Keine falschen Kodes toleriert

keine falsch positiven Resultate toleriert (im Gegensatz zu Data-Mining) Reproduzierbarkeit Qualitätskontrolle Wartbarkeit (moving Target ICD)



Komplexität: Modell und Realität

Embedding des Modells in die Realität

Aussage

a Klassische Logik

Konsistentes Modell

Aussage

b


Komplexität: Modell und Realität

Embedding des Modells in die Realität

Aussage

a Klassische Logik

Konsistentes Modell

Aussage

b

Ist das Modell vollständig?

Ist das Embedding in die Realität korrekt?


Nominalphrase Myokardinfarkt

Kode I21.9

1 Vorschlag Interpretation

interne komposite

Repräsentation

Semantik

Kodierung über semantische Modellierung


Freitext-Eingabe: "offene Extensionsfraktur des distalen linken Radius"

Repräsentation der einzelnen Wörter im Interpreter

Aus Wörtern wird Bedeutung


Erster Schritt "Fraktur" wird zur Diagnose = Semantisierung



Zweiter Schritt Attribute aus Input werden erkannt und verknüpft = semantische Verknüpfung



Implizite Information "Knochen" (im Inputtext nicht erwähnt) wird durch das System geschlossen



2 Moleküle werden verbunden



+ Kodierung (Inferenzmaschine)



Diagnosekodierung








Prinzipien der gewählten Begriffsrepräsentation

Komposite Begriffsdarstellung

Innere Strukturierung entlang semantischer

Achsen

+


Warum komposite Begriffsdarstellung?

Aufzählung - Vokabulare, Thesauren, etc.

- viele Einträge, wenig Struktur

Komposite Struktur - wenige Atome, viele "Moleküle"

- Relationen und Binnenstruktur werden mit dargestellt






- Relationen und Binnenstruktur werden mit dargestellt

Die komposite Darstellung betrifft konsequent alles:

Daten, Begriffe, Regeln (T-Box und A-Box)






- Relationen werden mit dargestellt

Vorteile - relativ wenige Elemente (Atome) ergeben

viele Begriffe (exponentielle Relation) - Atome des einen Begriffs können im anderen wieder verwendet werden - Darstellung auch impliziter Inhalte - Abfrage auch impliziter Inhalte - innere Strukturierung der Begriffe transparent






- Relationen werden mit dargestellt

Vorteile - relativ wenige Elemente (Atome) ergeben

viele Begriffe (exponentielle Relation) - Atome des einen Begriffs können im anderen wieder verwendet werden - Darstellung auch impliziter Inhalte - Abfrage auch impliziter Inhalte - innere Strukturierung der Begriffe transparent

Semant. Interop.?


Begriffs-Binnenstruktur Architekturen

1. (Mono)-Hierarchisch

2. Multidimensional

3. Multifokal


Säugetiere Fische

Wirbeltiere Wirbellose

Tiere

Zeit

Systematik der Zoologie

Elephanten Katzen

Vögel

Das Ideal der Hierarchie


Virusinfekt Hyperthyreosebakt. Infekt Diabetes mellitus

Infektion Stoffwechselkrankheit

Krankheit

Granula

rität

Information

1 Baum = 1 Dimension = 1 Freiheitsgrad


2 Hierarchies

Organ

Resp. Organ Alimentary Organ

Pathogene

Bacterium

Virus

2 Choices 2 Degrees of freedom

Pathogenes

Organs

Multidimensionale Architektur

2 Bäume = 2 Freiheitsgrade Organ

Atmungsorgan Verdauungsorgan

Erreger

Bakterium

Virus

2 Bäume

Erreger

Organ


Gekapselte Achsen multifokale Architektur

Fokus

Pathogenese Organ Lokalisation

Certainty

Pathologie Wurzel-Fokus

z.B. Fraktur


Freiheitsgrade des Fokus Fraktur

- Hautbarriere offen / geschlossen - Gelenkbeteiligung intraartikulär / extraartikulär - Position disloziert / nicht disloziert - Fragmentierung unfragmentiert / mehrere Fragmente / Splitter - Stabilität stabil / instabil - Richtung quer / längs - Ursache traumatisch / Tumor / Osteoporose - Nervenbeteiligung ja / nein - Arterienbeteiligung ja / nein - Knochen Radius / Ulna / Humerus / Femur ...

Semantische Achse (Typ) Mögliche Punkte auf der Achse (Werte)


2 Fokusse kombiniert

Hautbarriere: offen

Fragmentierung: Mehrfragment

Position: nicht disloziert

Gelenkbeteiligung: extraartikulär

Organ: Radius

Lokalisation: distaler Unterarm

Aktualität: frisch

Gewissheit: radiologisch nachgewiesen

Diagnose Fraktur


Zwischengefügter Fokus

Is a Is a

Verkehrsunfall

Diagnose Verletzung Fraktur

offen

Mehrfragment

nicht disloziert

extraartikulär

Radius

distaler Unterarm

frisch

radiologisch nachgewiesen

Alle Generationen bleiben sichtbar OOP


Strukturiertes Begriffsmolekül

Diagnose Verletzung

offen

extraartikulär

Mehrfragment

nicht disloziert

Verkehrsunfall

Radius

Fraktur

Knochen

Unterarm

distal

frisch

nachgewiesen radiologisch nachgewiesen



Diagnose Verletzung

offen

extraartikulär

Mehrfragment

nicht disloziert

Verkehrsunfall

Radius

Fraktur

Knochen

Unterarm

distal

frisch


Pseudobaum



Diagnose Verletzung

offen

extraartikulär

Mehrfragment

nicht disloziert

Verkehrsunfall

Radius

Fraktur

Knochen

Unterarm

distal

frisch


Readability

Man & Machine


Kodierresultat

Freitexteingabe: "E. coli Zystitis"


Diagnosekodierung








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Realität

Selektion der Information wird

vom Ziel bestimmt

Interpretation

Wahrnehmung des

Arztes

Terminologie

Klassifikationen

Auswertungen

Realität Patient

Warum Non-Monotonic Reasoning?


Überschneidungen (iatrogene Staphylokokken-Pneumonie)

Mehrdeutigkeiten (Kopf, Blase)

Negation (nicht insulinpflichtiger Diabetes ohne Kompl.)

Nicht-Information (Diabetes, n.n.b.)

Implikationen (Radius Knochen, Unterarm)

Auslassungen (Fraktur von Humerus und Radius)

Mehrfachdiagnosen mit gegenseitigem Einfluss:

Kreuz-Stern, komplexe Inklusiva und Exklusiva

Heterogene Inputs grippaler Infekt, Grippe

Verstümmelte Inputs Blinddarm



Regelpool

Match Regel sind formal gleich gebaut wie Datenkonzepte Ihre komposite und binnenstrukturierte Form erlauben eine präzise, schnelle und gut kontrollierbare Wahl der richtigen Regel.

Match

Interpretationsprozess

input

Regel A

Regel B

Input


Match

Regel-Kaskade Regeln enthalten IFs für den Match und THENs für die Modifikation des Inputs Der so modifizierte Input sucht die nächste matchende Regel Wenn keine Regel mehr matcht Output

Modifikation

Modifikation

Match

input

interm.

output

Regel A

Regel B

Regelpool

Input

Output



Input

Welche Regel wird ausgeführt? Die Chronologie wird kontrolliert durch den aktuellen Stand des Inputs und durch Trigger, die bei der Ausführung dynamisch im semantischen Kontent entstehen.

Output

input

interm.

output

T

Die Kontrolle des Ablaufs

Regel A

Regel B

Regelpool

Modifikation

Modifikation

Match

Match

T



Input: enthält auch Ziele

Das Resultat wird nicht nur vom Input und dem Regelwerk gesteuert, sondern auch vom (wechselnden) Ziel der Interpretation, das dem Input mitgegeben wird.

input

interm.

output

Die Kontrolle des Ablaufs

Regel A

Regel B

Regelpool

Modifikation

Modifikation

Match

Match

Input

Output



Wartbarkeit Transparenz

Alle Regeln und

Interpretationsschritte

sind für den Wissens- Ingenieur direkt sichtbar.

input

interm.

output

Regel A

Regel B

Regelpool

Modifikation

Modifikation

Match

Match

Input

Output



Diagnosekodierung

- Herausforderungen - Alternativen der Kodierunterstützung

Semantische Modellierung und Interpretation

- Begriffsrepräsentation - komposite Begriffsdarstellung - Architektur der Binnenstruktur

- Interpretationsprozess - Beispiel Radiusfraktur - Non-Monotonie

Weg zum kommerziellen Produkt


1989 Vorläufer 1996 Grundidee, erste Arbeiten 1999 Firmengründung 2003 Erster Kunde Zeit: 7-14 Jahre

Softwareentwicklung ca. 10 Mannjahre Wissensbasisentwicklung ca. 20 Mannjahre

Auch erforderlich: - Oberflächen, Benutzerführung - Qualitätskontrolle - Vertrieb - Markt, der die USP erkennt Konstante Weiterentwicklung: Fulltextcoder, Data Repository



Kodier- programm

Knowledge Engineering

Wissensbasis Editor

Human Expert

Wissensbasis

Freitexte

Kodes

Aufbau des Kodiersystems

Krankenhaus


Knowledge Engineering

Wissensbasis Editor

Human Expert

Qualitätskontrolle

Wissensbasis 2

Kontroll- system

(500'000 Texte)

Datenbank

Wissensbasis


farbliche Darstellung, wie gut Textstelle kodierbar:

ICD-10-Kode

ICD-10-Kode + MC-Frage

CHOP-Kode

CHOP-Kode + MC-Frage

nicht kodierbar

Fulltext Coder


- Problemlisten - Austrittsdiagnosen - Prozeduren - Verordnungen (Medi u.a.)

Einträge: CDR

ICD-10 / OPS

Begriffs- moleküle

KIS-GUI

Query-Tool

DRG rollend DRG definitiv

Decision Support Alerts

- Outcome - Qualität - EBM CBM

- Online-Queries (NLP)

In einem semantischen Clinical Data Repository erstmals detaillierte Auswertung medizinischer Daten

Semantisches CDR (Clinical Data Repository)

SNOMED-CT

Semant. Interoperabilität


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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Ein nicht-monotones regelbasiertes System zur maschinellen ... · Auslassungen (Fraktur von Humerus und Radius) Mehrfachdiagnosen mit gegenseitigem Einfluss: Kreuz-Stern, komplexe