Wie kann semantische Interoperabilität

Semantische Interoperabilität

Berner Kolloquium für Labormedizin

Wie kann

semantische Interoperabilität

erreicht werden?

Hans Rudolf Straub

1980 Medizinisches Staatsexamen in Bern ab 1986 Arbeit als Medizininformatiker ab 1989 Computerisierte Diagnosekodierung 1999 Firmengründung Semfinder AG Semantische Interpretation von Texten Kunden: 350 Spitäler in CH / DE Sitz: Kreuzlingen, Schweiz

www.semfinder.com www.meditext.ch

Hans Rudolf Straub, Semfinder AG

1. Warum Semantik?

2. Was ist semantische Interoperabilität?

3. Beispiel Abdominalhernien

4. Probleme eines Standards

5. Detailabbildung versus Übersicht

6. Komposite Begriffe

7. Statischer versus dynamischer Ansatz

Strukturierte Daten gut auswertbar

Alter, Geschlecht, Euro, mg, Std, ..

Unstrukturierte Daten schlecht auswertbar

Diagnose, Eingriff, Erreger, Ursache, Begleitkrankheit

Die interessanten Daten sind die medizinischen Daten

und gerade diese sind bisher schlecht auswertbar!

Medizin und Informatik

} Semantik

1. Warum Semantik?

Haus 1 Haus 2

Interoperabilität

formal

Formale Interoperabilität ist Bedingung für den Austausch von Daten.

Haus 1 Haus 2

Interoperabilität

C. E. Shannon (1949) Geburt des Bits ICT

"Frequently the messages have meanings ... These semantic aspects of communication are irrelevant to the engineering problem."

formal

Formale Interoperabilität ist Bedingung für den Austausch von Daten.

Erst wenn Sender und Empfänger die Daten gleich verstehen, ist Kommunikation möglich. semantische Interoperabilität.

Haus 1 Haus 2

formal

semantisch

Haus 1 Haus 2

formal

semantisch

Strukturierte Daten gut auswertbar

Alter, Geschlecht, Euro, mg, Std, ..

Unstrukturierte Daten schlecht auswertbar

Diagnose, Eingriff, Erreger, Ursache, Begleitkrankheit } Semantik

Wo ist das Problem?

Das Problem liegt in der Strukturierung der Bedeutung

Haus 1 Haus 2

formal

semantisch Wo ist das Problem?

Semantische Interoperabilität ist heute ein Modewort. Es ist erkannt, dass die Bedeutung (Semantik) eine Rolle spielt. Vorschläge zur Semantik in der Literatur: - Kontrollierte Vokabularien - Standardisierte Ontologien Wie weit können diese helfen? Wo liegt das eigentliche Problem?

Das Problem liegt in der Strukturierung der Bedeutung

1. Warum Semantik?

Abdominalhernien

Vergleich von 5 "Semantiken"

Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-10 WHO (vereinfacht)

3-Steller Inguinal- hernie

Femoral- Hernie

Narben Hernie

sonst. Hernie

Umbilical Hernie

Gruppe

K40 – K46

n.n.b. Hernie

Gangrä

Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-10 WHO (vereinfacht)

3-Steller

Inguinal- hernie

Femoral- Hernie

Narben Hernie

sonst. Hernie

Umbilical Hernie

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

4-Steller

Gruppe

direkt indir.

angeboren erworben

Rezidiv kein Rezidiv

einseitig

doppel seitig

einseitig

doppel seitig

n.n.b. Hernie

K40 – K46

Gangrä

Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-10 GM (vereinfacht)

3-Steller

Inguinal- hernie

Femoral- Hernie

Narben Hernie

sonst. Hernie

Umbilical Hernie

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

Gangrä

ohne K

4-Steller

Gruppe dir.

angeboren erworben

Rezidiv kein Rezidiv

einseitig

doppel seitig

einseitig

doppel seitig

n.n.b. Hernie

5-Steller

Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-9 (VESKA, vereinfacht)

3-Steller

Gangrä

nicht inguinale Hernie

mit Gangrän

4-Steller

Gruppe Rezidiv

kein Rezidiv

ohne Gangrän

mit Ein- klemmung

ohne Ein- klemmung

Inguinal- hernie

direkt indir.

tushern

enhern

ische H

tushern

enhern

ische H

tushern

enhern

ische H

kongenitale Hiatushernie

exklusiv

Operation Abdominalhernie

Abdominalhernien: VESKA-OP-Schlüssel (1992)

3-Steller

4-Steller

Gruppe

Jedes Implantat

tushern

angeboren erworben

nicht rezidivierend

einseitig zweiseitig

jeder Zugang

jede OP-Zeit

Wahleingriff Notfalleingriff

mit / ohne Komplikation

Rezidivhernie

innere

Inguin

direkt

indir.

tushern

innere

Inguin

direkt

indir.

Operation Abdominalhernie

Abdominalhernien: CHOP 2011 (vereinfacht)

3-Steller

Inguinalhernie

4-Steller

Gruppe Rezidiv

kein Rezidiv

enhern

ische H

angeboren erworben

Hiatus hernie

andere Hernie

Femoral- Hernie

Umbilical hernie

einseitige Operation

beidseitige Operation

eins. Op.

beids. Op.

enhern

ische H

Zugang

r Zugang

teller

llplikatu

1. Warum Semantik?

Problemkreis 2: intrinsische Probleme - Detailabbildung versus Übersicht - Statik versus Dynamik

Problemkreis 1: Kommunikation und Durchsetzung

- Sind die Definitionen klar und überall gleich? (Hernie)

- Wer bestimmt den Standard? (Kampf der Interessen)

- Für welchen Zweck ist der Standard optimiert? (Interessen)

- Ist der Standard überhaupt durchsetzbar?

(bei Semantik noch schwieriger als bei formalen Standards)

Generelle Probleme eines Standards

1. Warum Semantik?

Detailabbildung versus Übersicht

Detailverlust Wenn das System zu einfach ist, dann finden sich an einem Ort unterschiedliche Fälle.

Bsp. Veska-Schlüssel:

Komplikationen, Zugang usw. können nicht aus- gedrückt werden

Gangrä

Inguinal- hernie

ohne K

einseitig

doppel seitig

Kombinatorische Explosion: Die direkte Inguinalhernie findet sich an 6 Orten

ICD-10 GM

kombinatorischen Explosion! Bsp. ICD-10 WHO: Die inkarzerierte Hernie muss an 7 Orten gesucht werden

Die Darstellung aller Details führt unweigerlich zur

Kombinatorische Explosion Sie ist unvermeidlich, ubiquitär. In diesem Beispiel konkurrieren das grüne und das gelbe Merkmal um die Topposition

In einer Hierarchie sind Detailabbildung und Übersicht immer antagonistische Ziele: Werden alle Details abgebildet kombinatorische Explosion Wird Übersicht angestrebt Detailverlust

Konsequenzen Komb. Explosion Fälle "zusammenpicken" Detailverlust Fälle "auseinanderdröseln"

Semantische Interoperabilität?

Wie können trotzdem beide antagonistischen Ziele erreicht werden?

Zwei Möglichkeiten:

A) Hierarchie aller Begriffe (Echte Hierarchien haben keine kombinatorische Explosion)

B) komposite Begriffe

Säugetiere Fische

Wirbeltiere Wirbellose

Systematik der Zoologie

Elephanten Katzen

Vögel

Das Ideal der Hierarchie

Unidirektionalität Disjunktheit

Wie können trotzdem beide antagonistischen Ziele erreicht werden? A) Hierarchie aller Begriffe Realität nicht hierarchisch

(Echte Hierarchien haben keine kombinatorische Explosion)

B) komposite Begriffe

1. Warum Semantik?

Semantische Interoperabilität mit

1. Begriffe werden nach semantischen Typen eingeteilt Typ Zugang

Ausprägungen abdominal, thorakal, nasal …

2. Die typisierten Begriffe werden zusammengehängt (komposit)

3. Mit den kompositen Begriffen wird gerechnet

kompositen Begriffen

1. Semantische Typen

Typ = Merkmal = semantische Dimension = sem. Freiheitsgrad

Die Farben in den Diagrammen entsprechen den Typen (Merkmalen) 1. Aufgabe einer semantischen Analyse: Erkenne die Typen.

1. Semantische Typen

Farbe Typ Ausprägungen

Lokalisation inguinal, femoral, umbilical ..

Komplikation Gangrän, Einklemmung

Erwerb angeboren, erworben

Zeitstatus Erstdiagnose, Rezidiv, operiert

Bilateralität beidseitig, einseitig

Typ der Hernie direkt, indirekt

Operationstechnik Zwerchfellplikatur

Zugang abdominal, thorakal

Zusatzmaterial mit Implantat, mit Prothese

Dringlichkeit Wahleingriff, Notfalleingriff

Operationszeit verlängert, normal

10 Dimensionen (Achsen) reichen nicht für eine Ontologie

2. Zusammenbau komposite Struktur

Semantik von: E. coli Cystitis

Input "Offene Extensionsfraktur des distalen linken Radius"

3. Mit kompositen Begriffen rechnen

Aufgabe Bilde die Semantik!

Input "Offene Extensionsfraktur des distalen linken Radius"

Aufgabe Bilde die Semantik!

Erster Schritt "Fraktur" wird zur Diagnose = Semantisierung = Typisierung

Regelpool

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

Regelpool

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

Regelpool

2 Moleküle werden verbunden

Regelpool

abgeschlossener kompositer Zusammenbau

Regelpool

1. Analyse der Begriffe: Semantische Typen suchen

2. Komposite Darstellung

3. Rechnen mit kompositen Begriffen

Semantische Interoperabilität heisst:

1. Warum Semantik?

Alle Daten werden in EINE Standard-Ontologie abgebildet (z.B. SNOMED CT)

Standard-Ontologie

Vorteil - Einigung auf 1 klares terminologisches System

Nachteile - Es gibt nur ein System - 1 System für alle ist illusorisch - 1 System für immer ist illusorisch

- Detailgenauigkeit lässt System ”platzen” (kombinatorische Explosion. Trade-off zwischen Präzision und Wartbarkeit)

- Systemische Probleme bleiben ungelöst - Summe/Summanden-Problem (SSP) - Dateneingabe - Zuweisungen zu Klassifikationen - Auswertungen, Kodierungen

Haus 1 Haus 2

Statischer Ansatz

Nicht vordefiniertes Gitter, sondern Methodenset (Repräsentation + Regelpool)

Haus 1 Haus 2

Regeln - bearbeiten Input automatisch - vergleichen unterschiedliche Ontologien - integrieren neues Wissen (Ontologien) - erlauben Freitexteingaben - kodieren automatisch - erlauben automatisierte Auswertungen nach beliebigen Gesichtspunkten

Regelpool

Arbeitsfeld Auswertung Kodierung Statistik

SNOMED CT

Dynamischer Ansatz (Rechnen mit komp. Begriffen)

Es geht bei der Interoperabilität darum, zwischen

bestehenden Standards zu vermitteln

Ein ultimativer Standard ist illusorisch

Die Standards sind Teil der Aufgabe, nicht der Lösung

CAVE: Vokabularien, Kodes, Ontologien (statisch)

Zusammenfassung

Ohne semantische Interoperabilität keine sinnvolle eHealth Semantische Interoperabilität bedingt Strukturierung der Semantik: - Erkennen der semantischen Typen - Kompositer Zusammenbau der Begriffe - Kontrollierte Übersetzung von Ausdrücken (Interoperabilität)

- Hierarchien sind nur in Teilbereichen realistisch - Statische Standards (Vokabularien, Kodes) sind keine Garantie für semantische Interoperabilität

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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