wie kann semantische interoperabilität
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Semantische Interoperabilität
Berner Kolloquium für Labormedizin
Wie kann
semantische Interoperabilität
erreicht werden?
Hans Rudolf Straub
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
Haus 1 Haus 2
Interoperabilität
formal
Formale Interoperabilität ist Bedingung für den Austausch von Daten.
Semantische Interoperabilität
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.
Semantische Interoperabilität
Erst wenn Sender und Empfänger die Daten gleich verstehen, ist Kommunikation möglich. semantische Interoperabilität.
Haus 1 Haus 2
Semantische Interoperabilität
formal
semantisch
Semantische Interoperabilität
Haus 1 Haus 2
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
Abdominalhernien
Vergleich von 5 "Semantiken"
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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
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Ein
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ung
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Gangrä
n
Ein
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ung
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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
ein- seitig
doppel seitig
ein- seitig
doppel seitig
n.n.b. Hernie
K41
K41.4
K40 – K46
Semantische Interoperabilität
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
ein- seitig
doppel seitig
ein- seitig
doppel seitig
n.n.b. Hernie
5-Steller
Semantische Interoperabilität
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
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ie
Fem
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lhern
ie
Hia
tushern
ie
Narb
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Epig
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.
Um
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ische H
.
Um
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ie
Fem
ora
lhern
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Hia
tushern
ie
Narb
enhern
ie
Epig
astr
ische H
.
kongenitale Hiatushernie
exklusiv
ohne
Kom
pl.
Semantische Interoperabilität
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.
Semantische Interoperabilität
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
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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
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Pro
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Tra
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e H
.
Tra
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Pro
th
nic
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Tra
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ie
Epig
astr
ische H
.
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Zugang
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kein
4-S
teller
kein
4-S
teller
nnb.
Zw
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ste
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H.
Tra
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Pro
th
nic
ht
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Tra
ns./
Pro
th
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Detailabbildung versus Übersicht
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
ein- seitig
doppel seitig
Kombinatorische Explosion: Die direkte Inguinalhernie findet sich an 6 Orten
ICD-10 GM
Semantische Interoperabilität
Detailabbildung versus Übersicht
kombinatorischen Explosion! Bsp. ICD-10 WHO: Die inkarzerierte Hernie muss an 7 Orten gesucht werden
Die Darstellung aller Details führt unweigerlich zur
Semantische Interoperabilität
Detailabbildung versus Übersicht
Kombinatorische Explosion Sie ist unvermeidlich, ubiquitär. In diesem Beispiel konkurrieren das grüne und das gelbe Merkmal um die Topposition
ICD-9
Semantische Interoperabilität
Detailabbildung versus Übersicht
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?
Semantische Interoperabilität
Detailabbildung versus Übersicht
In einer Hierarchie sind Detailabbildung und Übersicht immer antagonistische Ziele: Werden alle Details abgebildet kombinatorische Explosion Wird Übersicht angestrebt Detailverlust
Wie können trotzdem beide antagonistischen Ziele erreicht werden?
Zwei Möglichkeiten:
A) Hierarchie aller Begriffe (Echte Hierarchien haben keine kombinatorische Explosion)
B) komposite Begriffe
Semantische Interoperabilität
Säugetiere Fische
Wirbeltiere Wirbellose
Tiere
Zeit
Systematik der Zoologie
Elephanten Katzen
Vögel
Das Ideal der Hierarchie
Unidirektionalität Disjunktheit
Semantische Interoperabilität
Detailabbildung versus Übersicht
In einer Hierarchie sind Detailabbildung und Übersicht immer antagonistische Ziele: Werden alle Details abgebildet kombinatorische Explosion Wird Übersicht angestrebt Detailverlust
Wie können trotzdem beide antagonistischen Ziele erreicht werden? A) Hierarchie aller Begriffe Realität nicht hierarchisch
(Echte Hierarchien haben keine kombinatorische Explosion)
B) komposite Begriffe
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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.
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
2. Zusammenbau komposite Struktur
Semantik von: E. coli Cystitis
Semantische Interoperabilität
Input "Offene Extensionsfraktur des distalen linken Radius"
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Aufgabe Bilde die Semantik!
Semantische Interoperabilität
Input "Offene Extensionsfraktur des distalen linken Radius"
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Aufgabe Bilde die Semantik!
Semantische Interoperabilität
Erster Schritt "Fraktur" wird zur Diagnose = Semantisierung = Typisierung
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Regelpool
Semantische Interoperabilität
Zweiter Schritt Attribute aus Input werden erkannt und verknüpft = semantische Verknüpfung
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Regelpool
Semantische Interoperabilität
Implizite Information "Knochen" (im Inputtext nicht erwähnt) wird jetzt durch das System geschlossen
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Regelpool
Semantische Interoperabilität
2 Moleküle werden verbunden
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Regelpool
Semantische Interoperabilität
abgeschlossener kompositer Zusammenbau
3. Mit kompositen Begriffen rechnen
Regelpool
Semantische Interoperabilität
1. Analyse der Begriffe: Semantische Typen suchen
2. Komposite Darstellung
3. Rechnen mit kompositen Begriffen
Semantische Interoperabilität heisst:
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
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)
Semantische Interoperabilität
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)
Semantische Interoperabilität
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
Semantische Interoperabilität
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit