Codificação automatizada de documentos clínicos Prof Dr Stefan Schulz Universidade de Freiburg (Alemanha) 1 1 1

Linguagem Natural (Texto) Introdução Métodos Resultados Conclusão Linguagem Natural (Texto)

Introdução Métodos Resultados Conclusão

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Introdução Métodos Resultados Conclusão SEQ DE MULTIPLOS AVCS , HIST DE CRISES CONVULSIVAS PREVIAS AOS EPISODIOS DESTA NOITE , APRESENTANDO PIORA GERAL , DESIDRATACAO LEVE SEM PIUORA DA FUNACAO RENAL, RX COM ATELECTASIAS DE BASES - CONSOLIDADCEOS?? PACIENTE SEM FEBRE MEDIDAAQUI -MAX 37,1 TEM NIVEL SERICO EM ANDAMNETO DE FENITOINA A SER CHECADO COM FAMILAIR EM EM 24 H RECEBE TTO ATB COM CEFUROXIMA VO -HMG NORMAL É DM SEM IMPORTANTE DESCOPENSACAO.

Introdução Métodos Resultados Conclusão Paciente procedente do Hospital de Alvorada onde estava internado desde 28/05 por broncoespasmo e disfunção respiratória, recebendo ampi-sulbactam e beta 2 agonista de 2/2h, com boa evolução. Encaminhado ao HCPA em 01/06 por ter iniciado dia 31/05 com distensão e dor abdominal importantes, acompanhado de vômitos fecalóides, sendo iniciado metro e genta. Havia recebido albendazol durante a internação, sem eliminar vermes. Avaliado pela CIPED: provável obstrução intestinal por ascaris. Na chegada a UTIP feito push soro fisiologico, CHAD (Hb 9 do dia 30/05) e deixado O2 3l/min. Foi submetido a laparotomia exploradora em 01/06,sem intercorrências com infestação maciça por ascaris e necrose intestinal, sendo realizada enterectomia -60cm- e ileostomia. Recebeu CHAD novamente no pós operatório (Hb 7,6), precisou de dopa e vários pushs de soro fisiológico. Em 03/06 apresentou RG com coloração fecalóide e eliminou ascaris VO. Fez RX sem evidência de obstrução, tracionada sonda de entérica para gástrica com melhora do RG. Foi extubado, apresentou estridor que cedeu com NBZ com adrenalina e dexa. Apresentou bradicardia. Suspenso fentanil, permaneceu bradicárdico, necessitou atropina. Avaliado pela cardiologia sem particularidades. Após alta da UTI, recebeu óleo mineral e permaneceu eliminando ascaris. Após retirada do óleo mineral foi iniciado dieta, com boa aceitação, e albendazol. Recebe alta em bom estado geral, aceitando dieta VO, SV estáveis, apresentando hiperemia ao redor da ileostomia. Retorno com CIPED.

Linguagem Natural (Texto) Structured Data Introdução Métodos Resultados Conclusão … indispensável para documentação e comunicação Prestação de serviços de saúde Pesquisa científica Médico / Paciente Ensino Linguagem Natural (Texto) Structured Data

600.000 documentos em texto livre por ano. Introdução Métodos Resultados Conclusão e.g. Hospital Universitário Freiburg (p.a.) 280.000 Sumários de Alta 140.000 Laudos de imagem 55.000 Laudos anatomopatológicos 40.000 Laudos de imagens 70.000 Outros textos Linguagem Natural (Texto) 600.000 documentos em texto livre por ano.

Introdução Métodos Resultados Conclusão Dados estruturados

Dados estruturados …indispensável para abstracção: Introdução Métodos Resultados Conclusão …indispensável para abstracção: Codificação de doenças e procedimentos Indexação bibliográfica Gestão hospitalar Apoio a decisão Epidemiologia Dados estruturados

…requer sistemas terminológicos Introdução Métodos Resultados Conclusão …requer sistemas terminológicos CID MeSH /DeCS UMLS LOINC SNOMED CT etc., etc. Dados estruturados

Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados Introdução Métodos Resultados Conclusão Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados

- + + - Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados Introdução Métodos Resultados Conclusão Levantamento de dados Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados + - + Qualidade Custo -

Levantamento de dados estruturados Volume – Qualidade - Motivação Introdução Métodos Resultados Conclusão Levantamento de dados estruturados Volume – Qualidade - Motivação Padrão Ouro Qualidade motivação alta motivação média motivação baixa Volume

Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados Introdução Métodos Resultados Conclusão Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados

Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados Introdução Métodos Resultados Conclusão Método: Text Mining Linguagem Natural (Texto) Dados estruturados

Investigação Introdução Métodos Resultados Conclusão Dados Corpus de documentos clínicos (laudos, sumários) Sistema terminológico que cobre o espaço conceitual do domínio Usando métodos de “mineração de texto” para representar o conteúdo dos documentos Qual é a qualidade do mapeamento em comparação com codificação manual? 18 18

Estudo Introdução Métodos Resultados Conclusão Fonte: Destino sumários de alta do departmento de cardiologia do Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Brasil Destino SNOMED Clinical Terms, 01/2009 Linguagens: Inglês, Espanhol

SNOMED CT Introdução Métodos Resultados Conclusão Standardized Nomenclature of Medicine – Clinical Terms: Sistema de codificação para todo o conteúdo do prontuário eletrônico Padrão terminológico global Manutenção / desenvolvimento: IHTSDO (International Health Terminology Standards Development Organisation): Membros: US, UK, AU, NZ, CA, DK, SE, NL, LV, ES

SNOMED CT como vocabulário controlado Introdução Métodos Resultados Conclusão SNOMED CT como vocabulário controlado 311 000 conceitos ~750 000 termos em Inglês, ~400 000 em Espanhol Termos médicos (inclusive sinônimos e traduções) são conectados com conceitos (portadores de significado)

SNOMED CT como sistema formal Introdução Métodos Resultados Conclusão SNOMED CT como sistema formal taxonomias: especialização (is-a)

SNOMED CT como sistema formal Introdução Métodos Resultados Conclusão SNOMED CT como sistema formal Relações (Attributos): Associated morphology Finding site (50 tipos) Restrições: lógica de descrição C1 – Rel – C2 significa: x: instanceOf(x, C1)  y: instanceOf(C2)  Rel(x,y) ou C1 ⊑  Rel.C2

SNOMED CT como sistema formal Introdução Métodos Resultados Conclusão SNOMED CT como sistema formal definierte vs. primitive Konzepte conceitos definidos  conceitos primitivos ⊑

SNOMED CT Top Introdução Métodos Resultados Conclusão Body structure (10) Acquired body structure Anatomical organizational pattern (…) Clinical finding (22) Administrative statuses Adverse incident outcome categories (…) Environment or geographical location Environment Geogr. and/or political region of the world Event (19) Abuse Accidental event Bioterrorism related event (…) Linkage concept Attribute Link assertion Observable entity Age AND/OR growth period Body product observable (…) Clin. history / examination observable (21) Device observable Drug therapy observable Feature of Entity (…) Organism (11) Animal Chromista Infectious agent (…) Pharmaceutical / biologic product (58) Alcohol products Alopecia preparation Alternative medicines (…) Physical force (21) Altitude Electricity (…) Physical object (8) Device Domestic, office and garden artefact Fastening (…) Procedure (23) Administrative procedure Community health procedure (…) Qualifier value (52) Action Additional dosage instructions Record artifact Record organizer Record type Situation with explicit context (17) A/N risk factors Critical incident factors (…) Social context (10) Community Family Group (…) Special concept Namespace concept Navigational concept Non-current concept Specimen (45) Biopsy sample Body substance sample Cardiovascular sample Staging and scales (6) Assessment scales Endometriosis classification of American Fertility Society Substance (11) Allergen class Biological substance Body substance (…)

SNOMED CT: Relações Introdução Métodos Resultados Conclusão Access (attribute) Associated finding (attribute) Associated morphology (attribute) Associated procedure (attribute) Associated with (attribute) Clinical course (attribute) Component (attribute) Direct substance (attribute) Episodicity (attribute) Finding context (attribute) Finding informer (attribute) Finding method (attribute) Finding site (attribute) Has active ingredient (attribute) Has definitional manifestation (attribute) Has dose form (attribute) Has focus (attribute) Has intent (attribute) Has interpretation (attribute) Has specimen (attribute) Interprets (attribute) Laterality (attribute) Measurement method (attribute) Method (attribute) Occurrence (attribute) Part of (attribute) Pathological process (attribute) Priority (attribute) Procedure context (attribute) Procedure device (attribute) Procedure morphology (attribute) Procedure site (attribute) Property (attribute) Recipient category (attribute) Revision status (attribute) Route of administration (attribute) Scale type (attribute) Severity (attribute) Specimen procedure (attribute) Specimen source identity (attribute) Specimen source morphology (attribute) Specimen source topography (attribute) Specimen substance (attribute) Subject of information (attribute) Subject relationship context (attribute) Surgical approach (attribute) Temporal context (attribute) Time aspect (attribute) Using energy (attribute) Using substance (attribute)

SNOMED CT : Hierarquias taxonômicas Introdução Métodos Resultados Conclusão SNOMED CT : Hierarquias taxonômicas

SNOMED CT : Hierarquias taxonômicas Introdução Métodos Resultados Conclusão SNOMED CT : Hierarquias taxonômicas

Relatório de alta: amostra Introdução Métodos Resultados Conclusão Relatório de alta: amostra acrónimos abreviações # HAS # DM # Miocardiopatia dilatada chagásica (FE 35%) # Ca de prostata - orquiectomia (2004) # Cardiopatia isquêmica - IAM em 2005, com colocação de stent em DA e lesão severa inoperável em CD Pct vem a emergência em 20/03 com quadro de dor torácica típica, sem elevação enzimática, com diagnóstico de angina instável e fibrilação atrial não identificada em avaliações prévias. Adicionalmente, apresentava descompensação do diabetes com sindrome hiperosmlar não cetótica. Recebe tratamento clínico para otimização do quadro e é submetido a novo cateterismo em 28/03, que demonstra CD ocluída no terço proximal, DA com stent rpoximal com lesão de 40% no seu interior e Mg de Cx com lesão de 60-65%. Recebe alta em bom estado geral, sem dor torácica, anticoagulado, com plano de retorno ambulatorial para equipe de cardiopatia isquêmica e para o ambulatório de anticoagulação. estilo telegráfico erros de digitação erros de pontuação 29 29

PLN (processamento de linguagem natural) Introdução Métodos Resultados Conclusão PLN (processamento de linguagem natural) expansão acrônimos identificação de nomes verificar ortografia etiquetador tipo de palavra SCT - EN identificar sentenças SCT - SP extração frases nominais criação subconjunto deteção de contexto MID- representação SNOMED CT abstração morfo- semântica abstração morfo- semântica MID- representação candidatos a termo 30 30

Desafios lingüísticos da linguagem médica: Introdução Métodos Resultados Conclusão Desafios lingüísticos da linguagem médica: Derivação, neologismos: nefrótico, antiinflamatórios, parkinsoniana, aidéticos Composição: musculoesqueletico, esplenomegalia, transfosforribosidasa, polyradiculoneuropathy Sinonímia: hepático = do figado, renal = do rim, cephal... = cabeça Ambigüidade: head = cabeça ou chefe AIDS acrônimo  adjetivo Parkinson +sufixo  adjetivo

Ferramentas PLN Introdução Métodos Resultados Conclusão Detector de sentenças, etiquetador : openNLP, treinado com textos que foram manualmente anotados Expansor de acrónimos: casamento de padrões (expressões regulares) contra base de acrónimos, disambiguação por contexto locat (coocorrencia de token em janela de 3 tokens) Detector de frases nominais: identificação de seqüências típicas de etiquetas POS na SNOMED CT espanhola “aportuguesada” Maior desafio: mapear frases nominais entre Português (documentos) e Espanhol / Inglês (SNOMED) 32 32

Mapeamento de termos médicos Introdução Métodos Resultados Conclusão Mapeamento de termos médicos Problema: high blood pressure meningoencefalite hipertensão arterial Entzündung von Gehirn und Hirnhäuten hipertensión arterial meningocerebral inflammation Bluthochdruck meningoencefalitis Qual a granularidade adequada para a indexação? Aborgagem MorphoSaurus: construir equivalências semánticas a nivel de fragmentos de palavras

Átomos semânticos ou „subwords“ Introdução Métodos Resultados Conclusão Átomos semânticos ou „subwords“ Definição: sequência de caracteres cujo significado não decorre dos significados dos componentes, exemplo: diafise mas não dia + fise diáfise = haste do osso, fise (gr. physis) = natureza neur + ite, mas neurose, não neur + ose neur… = nervo, -ite = inflamação, -ose = doença: Uma neurite é uma inflamação de nervo(s), mas neurose não é uma doença de nervo(s) Subwords podem ser morfemas assim como combinações de morfemas, inclusive palavras inteiras Quando eu posso decompor a palavra? O Significado é coerente? No caso do neurose isso não é possível. Subwords motivados em preservar o significado (semantica) das palavras. Para muitos linguistas pode ser uma coisa muito estranha (provavelmente irão rejeitar) Isso é um morfema?

Sistema MorphoSaurus Introdução Métodos Resultados Conclusão Sistema de indexação morfo-semântica Traduz texto para interlíngua Domínio: Linguagem Clínica Idiomas: Inglês, Alemão, Português, Espanhol, Sueco, Francês Componentes: Léxico de subwords Tesauro Parser morfossintático Indexador

Modelo do Léxico Introdução Métodos Resultados Conclusão Lexeme (e.g. „anticoncepcionais“) [anti, prefix, portuguese] [concepc, stem, portuguese] [ionais, terminal suffix, portuguese] String of characters Type = {stem, invariant, prefix, infix, suffix, initial prefix, terminal suffix} Language = {English, German, Spanish, Portuguese, French, Swedish} (e.g. „partnership“) [partner, stem, english] [ship, suffix, english] Cada string um lexema (e.g. „ship“) [ship, invariant, english]

Modelo do Léxico Introdução Métodos Resultados Conclusão Lexeme MIDs identificam grupos de lexemas sinônimos String of characters Type = {stem, invariant, prefix, infix, suffix, initial prefix, terminal suffix} Language = {English, German, Spanish, Portuguese, French,Swedish} MID 1..n 1 MID42= ([muscle, stem, english], [muscul, stem, english], [myo, prefix, english], [muscul, stem, portuguese], [mio, prefix, portuguese], [muskel, stem, german], [muskul, stem, german], [myo, prefix, german]) Aqui estamos tratando de abordagem semântica.

Modelo do Léxico Introdução Métodos Resultados Conclusão Lexeme associa um MID ambíguo com dois ou mais MID não ambíguos (expansão paradigmática) has-sense Lexeme String of characters Type = {stem, invariant, prefix, infix, suffix, initial prefix, terminal suffix} Language = {English, German, Spanish, Portuguese, French,Swedish} 1 2…n MID 1..n 1 2…n associa um MID de sentido não atômico com dois ou mais MID atômicos (expansão sintagmática) 1 expands-to

Modelo do Léxico Introdução Métodos Resultados Conclusão MID MID16: ([head, stem, english]) - has-sense MID12: ([caput, stem, english], [capit, stem, english], [cephal, stem, english], [cefal, stem, portuguese], [cabec, stem, portuguese]) - has-sense MID34: ( [chief, stem, english], [chef, stem, portuguese]) associa um MID ambíguo com dois ou mais MID não ambíguos (expansão paradigmática) has-sense 1 2…n MID 2…n associa um MID de sentido não atômico com dois ou mais MID atômicos (expansão sintagmática) 1 MID26: ([myalg, stem, english], [mialg, stem, portuguese]) -expands-to MID42: ([muscle, stem, english], [muscul, stem, english], [muscul, stem, portuguese]) -expands-to MID88: ([pain, stem, english], [dor, invariant, portuguese], [algia, suffix, portuguese]) Se alguem perguntar o q é q faz desambiguação (existe um módulo no indexador) Quando o indexador não funciona direito () sintagmaparadigma expands-to

(MIDs) Tsh-Spiegel/o nivel Módulo experimental (ainda não funciona 100%)

Sistema MorphoSaurus : resultados experimentais em cenário CLIR Introdução Métodos Resultados Conclusão Sistema MorphoSaurus : resultados experimentais em cenário CLIR Queries: German, Documents: English (OHSUMED collection) Baseline: English / English Morphosaurus Indexing Automated Query Translation+ Dictionary Lookup Documentos todos em inglês. Artigos médicos MEDLINE Coleção de 106 queries tb em inglês. Traduzidos para o alemão OShumed padrão ouro (indicando quais são os documentos) Baseline, sistema convencional de TR MS queries em alemão (Desempenho quase similar) Google translator é a 3a. + pesquisa UMLS Hahn, Schulz et al., RIAO 2004

PLN (processamento de linguagem natural) Introdução Métodos Resultados Conclusão PLN (processamento de linguagem natural) expansão acrônimos identificação de nomes verificar ortografia etiquetador tipo de palavra SCT - EN identificar sentenças SCT - SP extração frases nominais criação subconjunto deteção de contexto MID- representação SNOMED CT abstração morfo- semântica Heurística de Mapeamento abstração morfo- semântica MID- representação candidatos a termo 42 42

SNOMED CT Concept Description Introdução Métodos Resultados Conclusão Heurística de mapeamento: Exemplo SNOMED CT Concept Description MIDs ENG: Congestive heart failure #abund #cardiac #deficien ENG: Congestive cardiac failure #abund #cardiac #disorder POR: Insuficiência cardíaca #insuff #cardiac SPA: Insuficiencia cardíaca  SPA: Insuficiencia cardíaca congestiva #insuff #cardiac #abund 43 43

Heurística de mapeamento Introdução Métodos Resultados Conclusão Heurística de mapeamento Para cada “candidato a termo” no documento decida se existem um termo SNOMED correspondentes caso sim, seleccione o melhor termo SNOMED Critérios de preferência: Sequências “típicas” de etiquetas POS, ex: “Infarto agudo do miocárdio” substantivo – adjetivo – DE – substantivo coincidência de MIDs threshold: 60% Em caso de falha: verifique se “candidato a termo” corresponde para dois conceitos da SNOMED , usando relacionamentos da SNOMED para preselecção 44 44

Padrão ouro (kappa = 0.89) Introdução Métodos Resultados Conclusão 45

Resultados preliminares Introdução Métodos Resultados Conclusão Resultados preliminares 46 46

Próximo passo: identificar contextos Introdução Métodos Resultados Conclusão Próximo passo: identificar contextos Problema: nem toda ocorrência de um termo em um documento refere a uma instância concreta de um conceito terminológico ou ontológico Contextos alternativos: planos hipóteses negação Ignorar contextos: dados não confiáveis

multiple organ failure Introdução Métodos Resultados Conclusão Contextos: Exemplo 1 Ontology aortal aneurysm acute abdomen vascular prosthesis multiple organ failure hemo dialysis CT abdomen aneurysm- ectomy systemic infection vasoactive drug death Paciente interna por quadro de abdome agudo. TC de abdome mostrou aneurisma de aorta com evidencia de extravasamento de contraste. Levado a cirurgia de urgência, sendo realizada aneurismectomia com colocação de prótese. No pós-operatório evoluiu com síndrome da resposta inflamatória sistêmica, com disfunção de múltiplos órgãos e instabilidade hemodinâmica. Apesar do manejo com drogas vasoativas, reposição hídrica e hemodiálise veno-venosa crônica, o paciente apresentou piora progressiva, evoluindo para óbito.

Contextos: Exemplo 2 Introdução Métodos Resultados Conclusão Ontology incisional hernia operation room liver transplant herniorrhaphy operation operation instance not instantiated reference to a plan reference to a suspended plan instance reference to a plan NOT referring to the same patient reference to a new plan not yet executed PACIENTE COM HÉRNIA INCISIONAL INTERNOU PARA REALIZAÇÃO DE HERNIOPLASTIA PORÉM A CIRURGIA FOI SUSPENSA DEVIDO A NECESSIDADE DE SALA COM URGÊNCIA PARA TRANSPLANTE HEPÁTICO. RECEBE ALTA COM ORIENTAÇÕES E CIRURGIA REMARCADA.

Conclusão Conclusão Introdução Métodos Resultados Conclusão Trabalho ainda não concluído primeiros resultados mostram que o mapeamento para SNOMED funciona através de idiomas Trabalho futuro completar o “pipeline” Avaliar impacto de cada elemento do pipeline Identificar contextos Uso da estrutura ontológica da SNOMED Publicação em preparação (IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine) 50 50

Acknowledgements German Research Foundation (DFG) International Bureau of the German Ministry of Research (BMBF-IB) Brazilian National Research Council (CNPq) Paraná Catholic University (PUCPR), Curitiba Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA) Averbis GmbH, Freiburg 51 51

multiple organ failure Ontology aortal aneurysm acute abdomen vascular prosthesis multiple organ failure hemo dialysis CT abdomen aneurysm- ectomy systemic infection vasoactive drug death Paciente interna por quadro de abdome agudo. TC de abdome mostrou aneurisma de aorta com evidencia de extravasamento de contraste. Levado a cirurgia de urgência, sendo realizada aneurismectomia com colocação de prótese. No pós-operatório evoluiu com síndrome da resposta inflamatória sistêmica, com disfunção de múltiplos órgãos e instabilidade hemodinâmica. Apesar do manejo com drogas vasoativas, reposição hídrica e hemodiálise veno-venosa crônica, o paciente apresentou piora progressiva, evoluindo para óbito.

Ontology incisional hernia operation room liver transplant herniorrhaphy operation operation instance not instantiated reference to a plan reference to a suspended plan instance reference to a plan NOT referring to the same patient reference to a new plan not yet executed PACIENTE COM HÉRNIA INCISIONAL INTERNOU PARA REALIZAÇÃO DE HERNIOPLASTIA PORÉM A CIRURGIA FOI SUSPENSA DEVIDO A NECESSIDADE DE SALA COM URGÊNCIA PARA TRANSPLANTE HEPÁTICO. RECEBE ALTA COM ORIENTAÇÕES E CIRURGIA REMARCADA.