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

K41

K40 – K46

n.n.b. Hernie


Gangrä

n

Gangrä

n

Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-10 WHO (vereinfacht)

3-Steller

Ein

kle

mm

ung

Inguinal- hernie

Femoral- Hernie

Narben Hernie

sonst. Hernie

Umbilical Hernie

ohne K

om

pl.

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

4-Steller

Gruppe

direkt indir.

angeboren erworben

Rezidiv kein Rezidiv

einseitig

doppel seitig

einseitig

doppel seitig

n.n.b. Hernie

K41

K41.4

K40 – K46


Gangrä

n

Gangrä

n

Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-10 GM (vereinfacht)

3-Steller

Ein

kle

mm

ung

Inguinal- hernie

Femoral- Hernie

Narben Hernie

sonst. Hernie

Umbilical Hernie

ohne K

om

pl.

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

4-Steller

Gruppe dir.

Ø

dir.

Ø

dir

Ø

angeboren erworben

Rezidiv kein Rezidiv

dir

Ø

dir

Ø

dir

Ø

einseitig

doppel seitig

einseitig

doppel seitig

n.n.b. Hernie

5-Steller


Abdominalhernie

Abdominalhernien: ICD-9 (VESKA, vereinfacht)

3-Steller

mit

Gangrä

n

nicht inguinale Hernie

mit Gangrän

mit

Ein

kle

mm

ung

4-Steller

Gruppe Rezidiv

kein Rezidiv

ohne Gangrän

mit Ein- klemmung

ohne Ein- klemmung

Inguinal- hernie

direkt indir.

Um

bilic

alh

ern

ie

Fem

ora

lhern

ie

Hia

tushern

ie

Narb

enhern

ie

Epig

astr

ische H

.

Um

bilic

alh

ern

ie

Fem

ora

lhern

ie

Hia

tushern

ie

Narb

enhern

ie

Epig

astr

ische H

.

Um

bilic

alh

ern

ie

Fem

ora

lhern

ie

Hia

tushern

ie

Narb

enhern

ie

Epig

astr

ische H

.

kongenitale Hiatushernie

exklusiv

ohne

Kom

pl.


Operation Abdominalhernie

Abdominalhernien: VESKA-OP-Schlüssel (1992)

3-Steller

4-Steller

Gruppe

Jedes Implantat

Hia

tushern

ie

angeboren erworben

nicht rezidivierend

einseitig zweiseitig

jeder Zugang

jede OP-Zeit

Wahleingriff Notfalleingriff

mit / ohne Komplikation

Rezidivhernie

Fem

ora

lhern

ie

Abdom

inalh

ern

ie

innere

Hern

ie

Inguin

alh

ern

ie

direkt

indir.

Hia

tushern

ie

Fem

ora

lhern

ie

Abdom

inalh

ern

ie

innere

Hern

ie

Inguin

alh

ern

ie

direkt

indir.


Operation Abdominalhernie

Abdominalhernien: CHOP 2011 (vereinfacht)

3-Steller

Inguinalhernie

4-Steller

Gruppe Rezidiv

kein Rezidiv

Tra

ns./

Pro

th

nic

ht

erw

ähnt

Narb

enhern

ie

Epig

astr

ische H

.

angeboren erworben

Hiatus hernie

andere Hernie

Femoral- Hernie

Umbilical hernie

einseitige Operation

beidseitige Operation

dir

ekt

indir

ekt

nnb.

dir

ekt

indir

ekt

nnb.

Tra

nspla

nta

t od.

Pro

these

Tra

nsp./

Pro

th.

nic

ht

erw

ähnt

dir

ekt

indir

ekt

nnb.

dir

ekt

indir

ekt

nnb.

Tra

nspla

nta

t od.

Pro

these

Tra

nsp./

Pro

th.

nic

ht

erw

ähnt

eins. Op.

beids. Op.

Tra

ns./

Pro

th

Tra

ns./

Pro

th

nic

ht

erw

ähnt

Tra

ns./

Pro

th

div

ers

e H

.

Tra

ns./

Pro

th

nic

ht

erw

ähnt

Tra

ns./

Pro

th

Narb

enhern

ie

Epig

astr

ische H

.

abd.

Zugang

thora

kale

r Zugang

kein

4-S

teller

kein

4-S

teller

nnb.

Zw

erc

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llplikatu

r

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ste

rnale

H.

Tra

ns./

Pro

th

nic

ht

erw

ähnt

Tra

ns./

Pro

th


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

n

Gangrä

n

Ein

kle

mm

ung

Inguinal- hernie

ohne K

om

pl.

Ein

kle

mm

ung

ohne K

om

pl.

dir.

Ø

dir.

Ø

dir

Ø

dir

Ø

dir

Ø

dir

Ø

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

ICD-9



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

Tiere

Zeit

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!


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

Wie kann semantische Interoperabilität

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