Context-based task ontologies for clinical guidelines

Evidence-based medicine relies on the execution of clinical practice guidelines and protocols. A great deal of of effort has been invested in the development of various tools which automate the representation and execution of the recommendations contained within such guidelines and protocols by creating Computer Interpretable Guideline Models (CIGMs). Context-based task ontologies (CTOs), based on standard terminology systems like UMLS, form one of the core components of such a model. We have created DAML+OIL-based CTOs for the tasks mentioned in the WHO guideline for hypertension management, drawing comparisons also with other related guidelines. The advantages of CTOs include: contextualization of ontologies, providing ontologies tailored to specific aspects of the phenomena of interest, dividing the complexity involved in creating ontologies into different levels, providing a methodology by means of which the task recommendations contained within guidelines can be integrated into the clinical practices of a health care set-up

An ontology for carcinoma classification for clinical bioinformatics

There are a number of existing classifications and staging schemes for carcinomas, one of the most frequently used being the TNM classification. Such classifications represent classes of entities which exist at various anatomical levels of granularity. We argue that in order to apply such representations to the Electronic Health Records one needs sound ontologies which take into consideration the diversity of the domains which are involved in clinical bioinformatics. Here we outline a formal theory for addressing these issues in a way that the ontologies can be used to support inferences relating to entities which exist at different anatomical levels of granularity. Our case study is the colon carcinoma, one of the most common carcinomas prevalent within the European population

Hürthle cell carcinoma: current perspectives.

Hürthle cell carcinoma (HCC) can present either as a minimally invasive or as a widely invasive tumor. HCC generally has a more aggressive clinical behavior compared with the other differentiated thyroid cancers, and it is associated with a higher rate of distant metastases. Minimally invasive HCC demonstrates much less aggressive behavior; lesions <4 cm can be treated with thyroid lobectomy alone, and without radioactive iodine (RAI). HCC has been observed to be less iodine-avid compared with other differentiated thyroid cancers; however, recent data have demonstrated improved survival with RAI use in patients with HCC >2 cm and those with nodal and distant metastases. Patients with localized iodine-resistant disease who are not candidates for a wait-and-watch approach can be treated with localized therapies. Systemic therapy is reserved for patients with progressive, widely metastatic HCC

Analysis of Eye-Tracking Data in Visualization and Data Space

Eye-tracking devices can tell us where on the screen a person is looking. Researchers frequently analyze eye-tracking data manually, by examining every frame of a visual stimulus used in an eye-tracking experiment so as to match 2D screen-coordinates provided by the eye-tracker to related objects and content within the stimulus. Such task requires significant manual effort and is not feasible for analyzing data collected from many users, long experimental sessions, and heavily interactive and dynamic visual stimuli. In this dissertation, we present a novel analysis method. We would instrument visualizations that have open source code, and leverage real-time information about the layout of the rendered visual content, to automatically relate gaze-samples to visual objects drawn on the screen. Since such visual objects are shown in a visualization stand for data, the method would allow us to necessarily detect data that users focus on or Data of Interest (DOI). This dissertation has two contributions. First, we demonstrated the feasibility of collecting DOI data for real life visualization in a reliable way which is not self-evident. Second, we formalized the process of collecting and interpreting DOI data and test whether the automated DOI detection can lead to research workflows, and insights not possible with traditional, manual approaches

Supporting the Billing Process in Outpatient Medical Care: Automated Medical Coding Through Machine Learning

Reimbursement in medical care implies significant administrative effort for medical staff. To bill the treatments or services provided, diagnosis and treatment codes must be assigned to patient records using standardized healthcare classification systems, which is a time-consuming and error-prone task. In contrast to ICD diagnosis codes used in most countries for inpatient care reimbursement, outpatient medical care often involves different reimbursement schemes. Following the Action Design Research methodology, we developed an NLP-based machine learning artifact in close collaboration with a general practitioner’s office in Germany, leveraging a dataset of over 5,600 patients with more than 63,000 billing codes. For the code prediction of most problematic treatments as well as a complete code prediction task, we achieved F1-scores of 93.60 % and 78.22 %, respectively. Throughout three iterations, we derived five meta requirements leading to three design principles for an automated coding system to support the reimbursement of outpatient medical care

French Roadmap for complex Systems 2008-2009

This second issue of the French Complex Systems Roadmap is the outcome of the Entretiens de Cargese 2008, an interdisciplinary brainstorming session organized over one week in 2008, jointly by RNSC, ISC-PIF and IXXI. It capitalizes on the first roadmap and gathers contributions of more than 70 scientists from major French institutions. The aim of this roadmap is to foster the coordination of the complex systems community on focused topics and questions, as well as to present contributions and challenges in the complex systems sciences and complexity science to the public, political and industrial spheres

Distributed Knowledge Modeling and Integration of Model-Based Beliefs into the Clinical Decision-Making Process

Das Treffen komplexer medizinischer Entscheidungen wird durch die stetig steigende Menge an zu berücksichtigenden Informationen zunehmend komplexer. Dieser Umstand ist vor allem auf die Verfügbarkeit von immer präziseren diagnostischen Methoden zur Charakterisierung der Patienten zurückzuführen (z.B. genetische oder molekulare Faktoren). Hiermit einher geht die Entwicklung neuartiger Behandlungsstrategien und Wirkstoffe sowie die damit verbundenen Evidenzen aus klinischen Studien und Leitlinien. Dieser Umstand stellt die behandelnden Ärztinnen und Ärzte vor neuartige Herausforderungen im Hinblick auf die Berücksichtigung aller relevanten Faktoren im Kontext der klinischen Entscheidungsfindung. Moderne IT-Systeme können einen wesentlichen Beitrag leisten, um die klinischen Experten weitreichend zu unterstützen. Diese Assistenz reicht dabei von Anwendungen zur Vorverarbeitung von Daten für eine Reduktion der damit verbundenen Komplexität bis hin zur systemgestützten Evaluation aller notwendigen Patientendaten für eine therapeutischen Entscheidungsunterstützung. Möglich werden diese Funktionen durch die formale Abbildung von medizinischem Fachwissen in Form einer komplexen Wissensbasis, welche die kognitiven Prozesse im Entscheidungsprozess adaptiert. Entsprechend werden an den Prozess der IT-konformen Wissensabbildung erhöhte Anforderungen bezüglich der Validität und Signifikanz der enthaltenen Informationen gestellt. In den ersten beiden Kapiteln dieser Arbeit wurden zunächst wichtige methodische Grundlagen im Kontext der strukturierten Abbildung von Wissen sowie dessen Nutzung für die klinische Entscheidungsunterstützung erläutert. Hierbei wurden die inhaltlichen Kernthemen weiterhin im Rahmen eines State of the Art mit bestehenden Ansätzen abgeglichen, um den neuartigen Charakter der vorgestellten Lösungen herauszustellen. Als innovativer Kern wurde zunächst die Konzeption und Umsetzung eines neuartigen Ansatzes zur Fusion von fragmentierten Wissensbausteinen auf der formalen Grundlage von Bayes-Netzen vorgestellt. Hierfür wurde eine neuartige Datenstruktur unter Verwendung des JSON Graph Formats erarbeitet. Durch die Entwicklung von qualifizierten Methoden zum Umgang mit den formalen Kriterien eines Bayes-Netz wurden weiterhin Lösungen aufgezeigt, welche einen automatischen Fusionsprozess durch einen eigens hierfür entwickelten Algorithmus ermöglichen. Eine prototypische und funktionale Plattform zur strukturierten und assistierten Integration von Wissen sowie zur Erzeugung valider Bayes-Netze als Resultat der Fusion wurde unter Verwendung eines Blockchain Datenspeichers implementiert und in einer Nutzerstudie gemäß ISONORM 9241/110-S evaluiert. Aufbauend auf dieser technologischen Plattform wurden im Anschluss zwei eigenständige Entscheidungsunterstützungssysteme vorgestellt, welche relevante Anwendungsfälle im Kontext der HNO-Onkologie adressieren. Dies ist zum einen ein System zur personalisierten Bewertung von klinischen Laborwerten im Kontext einer Radiochemotherapie und zum anderen ein in Form eines Dashboard implementiertes Systems zur effektiveren Informationskommunikation innerhalb des Tumor Board. Beide Konzepte wurden hierbei zunächst im Rahmen einer initialen Nutzerstudie auf Relevanz geprüft, um eine nutzerzentrische Umsetzung zu gewährleisten. Aufgrund des zentralen Fokus dieser Arbeit auf den Bereich der klinischen Entscheidungsunterstützung, werden an zahlreichen Stellen sowohl kritische als auch optimistische Aspekte der damit verbundenen praktischen Lösungen diskutiert.:1 Introduction 1.1 Motivation and Clinical Setting 1.2 Objectives 1.3 Thesis Outline 2 State of the Art 2.1 Medical Knowledge Modeling 2.2 Knowledge Fusion 2.3 Clinical Decision Support Systems 2.4 Clinical Information Access 3 Fundamentals 3.1 Evidence-Based Medicine 3.1.1 Literature-Based Evidence 3.1.2 Practice-Based Evidence 3.1.3 Patient-Directed Evidence 3.2 Knowledge Representation Formats 3.2.1 Logic-Based Representation 3.2.2 Procedural Representation 3.2.3 Network or Graph-Based Representation 3.3 Knowledge-Based Clinical Decision Support 3.4 Conditional Probability and Bayesian Networks 3.5 Clinical Reasoning 3.5.1 Deterministic Reasoning 3.5.2 Probabilistic Reasoning 3.6 Knowledge Fusion of Bayesian Networks 4 Block-Based Collaborative Knowledge Modeling 4.1 Data Model 4.1.1 Belief Structure 4.1.2 Conditional Probabilities 4.1.3 Metadata 4.2 Constraint-Based Automatic Knowledge Fusion 4.2.1 Fusion of the Bayesian Network Structures 4.2.2 Fusion of the Conditional Probability Tables 4.3 Blockchain-Based Belief Storage and Retrieval 4.3.1 Blockchain Characteristics 4.3.2 Relevance for Belief Management 5 Selected CDS Applications for Clinical Practice 5.1 Distributed Knowledge Modeling Platform 5.1.1 Requirement Analysis 5.1.2 System Architecture 5.1.3 System Evaluation 5.1.4 Limitations of the Proposed Solution 5.2 Personalization of Laboratory Findings 5.2.1 Requirement Analysis 5.2.2 System Architecture 5.2.3 Limitations of the Proposed Solution 5.3 Dashboard for Collaborative Decision-Making in the Tumor Board 5.3.1 Requirement Analysis 5.3.2 System Architecture 5.3.3 Limitations of the Proposed Solution 6 Discussion 6.1 Goal Achievements 6.2 Contributions and Conclusion 7 Bibliograph