Ontology Enrichment from Free-text Clinical Documents: A Comparison of Alternative Approaches

While the biomedical informatics community widely acknowledges the utility of domain ontologies, there remain many barriers to their effective use. One important requirement of domain ontologies is that they achieve a high degree of coverage of the domain concepts and concept relationships. However, the development of these ontologies is typically a manual, time-consuming, and often error-prone process. Limited resources result in missing concepts and relationships, as well as difficulty in updating the ontology as domain knowledge changes. Methodologies developed in the fields of Natural Language Processing (NLP), Information Extraction (IE), Information Retrieval (IR), and Machine Learning (ML) provide techniques for automating the enrichment of ontology from free-text documents. In this dissertation, I extended these methodologies into biomedical ontology development. First, I reviewed existing methodologies and systems developed in the fields of NLP, IR, and IE, and discussed how existing methods can benefit the development of biomedical ontologies. This previously unconducted review was published in the Journal of Biomedical Informatics. Second, I compared the effectiveness of three methods from two different approaches, the symbolic (the Hearst method) and the statistical (the Church and Lin methods), using clinical free-text documents. Third, I developed a methodological framework for Ontology Learning (OL) evaluation and comparison. This framework permits evaluation of the two types of OL approaches that include three OL methods. The significance of this work is as follows: 1) The results from the comparative study showed the potential of these methods for biomedical ontology enrichment. For the two targeted domains (NCIT and RadLex), the Hearst method revealed an average of 21% and 11% new concept acceptance rates, respectively. The Lin method produced a 74% acceptance rate for NCIT; the Church method, 53%. As a result of this study (published in the Journal of Methods of Information in Medicine), many suggested candidates have been incorporated into the NCIT; 2) The evaluation framework is flexible and general enough that it can analyze the performance of ontology enrichment methods for many domains, thus expediting the process of automation and minimizing the likelihood that key concepts and relationships would be missed as domain knowledge evolves

Speech recognition software and electronic psychiatric progress notes: physicians' ratings and preferences

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The context of the current study was mandatory adoption of electronic clinical documentation within a large mental health care organization. Psychiatric electronic documentation has unique needs by the nature of dense narrative content. Our goal was to determine if speech recognition (SR) would ease the creation of electronic progress note (ePN) documents by physicians at our institution.</p> <p>Methods</p> <p>Subjects: Twelve physicians had access to SR software on their computers for a period of four weeks to create ePN. Measurements: We examined SR software in relation to its perceived usability, data entry time savings, impact on the quality of care and quality of documentation, and the impact on clinical and administrative workflow, as compared to existing methods for data entry. Data analysis: A series of Wilcoxon signed rank tests were used to compare pre- and post-SR measures. A qualitative study design was used.</p> <p>Results</p> <p>Six of twelve participants completing the study favoured the use of SR (five with SR alone plus one with SR via hand-held digital recorder) for creating electronic progress notes over their existing mode of data entry. There was no clear perceived benefit from SR in terms of data entry time savings, quality of care, quality of documentation, or impact on clinical and administrative workflow.</p> <p>Conclusions</p> <p>Although our findings are mixed, SR may be a technology with some promise for mental health documentation. Future investigations of this nature should use more participants, a broader range of document types, and compare front- and back-end SR methods.</p

Evaluation of Negation and Uncertainty Detection and its Impact on Precision and Recall in Search

Radiology reports contain information that can be mined using a search engine for teaching, research, and quality assurance purposes. Current search engines look for exact matches to the search term, but they do not differentiate between reports in which the search term appears in a positive context (i.e., being present) from those in which the search term appears in the context of negation and uncertainty. We describe RadReportMiner, a context-aware search engine, and compare its retrieval performance with a generic search engine, Google Desktop. We created a corpus of 464 radiology reports which described at least one of five findings (appendicitis, hydronephrosis, fracture, optic neuritis, and pneumonia). Each report was classified by a radiologist as positive (finding described to be present) or negative (finding described to be absent or uncertain). The same reports were then classified by RadReportMiner and Google Desktop. RadReportMiner achieved a higher precision (81%), compared with Google Desktop (27%; p < 0.0001). RadReportMiner had a lower recall (72%) compared with Google Desktop (87%; p = 0.006). We conclude that adding negation and uncertainty identification to a word-based radiology report search engine improves the precision of search results over a search engine that does not take this information into account. Our approach may be useful to adopt into current report retrieval systems to help radiologists to more accurately search for radiology reports

Making effective use of healthcare data using data-to-text technology

Healthcare organizations are in a continuous effort to improve health outcomes, reduce costs and enhance patient experience of care. Data is essential to measure and help achieving these improvements in healthcare delivery. Consequently, a data influx from various clinical, financial and operational sources is now overtaking healthcare organizations and their patients. The effective use of this data, however, is a major challenge. Clearly, text is an important medium to make data accessible. Financial reports are produced to assess healthcare organizations on some key performance indicators to steer their healthcare delivery. Similarly, at a clinical level, data on patient status is conveyed by means of textual descriptions to facilitate patient review, shift handover and care transitions. Likewise, patients are informed about data on their health status and treatments via text, in the form of reports or via ehealth platforms by their doctors. Unfortunately, such text is the outcome of a highly labour-intensive process if it is done by healthcare professionals. It is also prone to incompleteness, subjectivity and hard to scale up to different domains, wider audiences and varying communication purposes. Data-to-text is a recent breakthrough technology in artificial intelligence which automatically generates natural language in the form of text or speech from data. This chapter provides a survey of data-to-text technology, with a focus on how it can be deployed in a healthcare setting. It will (1) give an up-to-date synthesis of data-to-text approaches, (2) give a categorized overview of use cases in healthcare, (3) seek to make a strong case for evaluating and implementing data-to-text in a healthcare setting, and (4) highlight recent research challenges.Comment: 27 pages, 2 figures, book chapte

Semantic annotation of electronic health records in a multilingual environment

Tese de mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional (Bioinformática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017Os relatórios de Radiologia descrevem os resultados dos procedimentos de radiografia e têm o potencial de ser uma fonte de informação útil que pode trazer benefícios para os sistemas de saúde ao redor do mundo. No entanto, estes relatórios são geralmente escritos em texto livre e, portanto, é difícil extrair automaticamente informação a partir deles. Contudo, o fato de que a maioria dos relatórios estão agora digitalmente disponíveis torna-os passíveis de utilização de ferramentas de Prospeção de Texto (Text Mining). Outra vantagem dos relatórios de Radiologia, que os torna mais suscetíveis à utilização destas ferramentas, é que mesmo se escritos em texto livre, eles são geralmente bem estruturados. O problema é que estas ferramentas são principalmente desenvolvidas para Inglês e os relatórios são geralmente escritos na língua nativa do radiologista, que não é necessariamente o Inglês. Isso cria um obstáculo para a partilha de informação de Radiologia entre diferentes comunidades, partilha esta importante para compreender e tratar eficazmente problemas de saúde. Existem basicamente duas soluções possíveis para este problema. Uma solução é traduzir o próprio léxico que é utilizado pela ferramenta de Prospeção de Texto que se pretende utilizar. A outra é traduzir os próprios relatórios. Traduzir o léxico tem a vantagem de não necessitar de tradução contínua, ou seja, depois de traduzir um léxico para, por exemplo, Espanhol, podemos usá-lo para processar tantos relatórios Espanhóis não traduzidas conforme necessário. No entanto, quando uma nova versão do léxico é lançada as mudanças também precisam de ser traduzidas, caso contrário, o léxico traduzido ficaria desatualizado. Dada a crescente evolução de serviços de tradução hoje disponíveis, neste trabalho é avaliada a opção alternativa de traduzir os relatórios e verificar a sua viabilidade. Esta abordagem tem a vantagem de que os relatórios traduzidos seriam acessíveis a qualquer médico que entenda Inglês e as ferramentas estado da arte de Prospeção de Texto focadas em texto em Inglês podem ser aplicadas sem qualquer necessidade de adaptação. Se a tradução for feita por profissionais treinados em tradução de textos médicos, provavelmente pode-se assumir que informação não se perde no processo de tradução. Chamamos a este tipo de tradução Tradução Humana (Human Translation). Mas a utilização de tradutores especializados é cara e não escalável. Outra opção é usar Tradução Automática (Machine Translation). Não obstante a menor qualidade da tradução, é mais barata e mais viável em grande escala. Finalmente, uma opção que tenta obter o melhor dos dois mundos é usar Tradução Automática seguida de Pós-Edição (Post-Edition) por humanos. Nesta abordagem, o texto é automaticamente traduzido e, em seguida, a tradução é corrigida por um humano. Mais barata do que a opção de Tradução Humana e com melhor qualidade do que a de Tradução Automática. A escolha de abordagem de tradução é importante porque vai afetar a qualidade dos resultados das ferramentas de Prospeção de Texto. Atualmente não há nenhum estudo disponível publicamente que tenha fornecido evidência quantitativa que auxilie a fazer esta escolha. Isto pode ser explicado pela falta de um corpus paralelo que poderia ser usado para estudar este problema. Este trabalho explora a solução de traduzir os relatórios para Inglês antes de aplicar as ferramentas de Prospeção de Texto, analisando a questão de qual a abordagem de tradução que deve ser usada. Com este fim, criei MRRAD (Multilingual Radiology Research Articles Dataset), um corpus paralelo de 51 artigos portugueses de investiga ção relacionados com Radiologia, e uma série de traduções alternativas (humanas, automáticas e semi-automáticas) para Inglês. As versões originais dos artigos, em Português, e as traduções humanas foram extraídas automaticamente da biblioteca online SciELO. As traduções automáticas foram obtidas utilizando os serviços da Yandex e da Google e traduções semi-automáticas através dos serviços da Unbabel. Este é um corpus original que pode ser usado no avanço da investigação sobre este tema. Usando o MRRAD estudei que tipo de abordagem de tradução autom ática ou semi-automática é mais eficaz na tarefa de Reconhecimento de Entidades (Named-Entity Recognition ) relacionados com Radiologia mencionadas na versão em Inglês dos artigos. Estas entidades correspondem aos termos presentes no RadLex, que é uma ontologia que se foca em termos relacionados com Radiologia. A tarefa de Reconhecimento de Entidades é relevante uma vez que os seus resultados podem ser usadas em sistemas de Recuperação de Imagens (Image Retrieval ) e de Recuperação de Informação (Information Retrieval) e podem ser úteis para melhorar Sistemas de Respostas a Perguntas (Question Answering). Para realizar o Reconhecimento de termos do RadLex utilizei a API do Open Biomedical Annotator e duas diferentes configurações do software NOBLE Coder. Assim, ao todo utilizei três diferentes abordagens para identificar termos RadLex nos textos. A diferença entre as abordagens está em quão flexíveis ou estritas estas são em identificar os termos. Considerando os termos identificados nas traduções humanas como o padrão ouro (gold-standard ), calculei o quão semelhante a este padrão foram os termos identificados usando outras abordagens de tradução. Descobri que uma abordagem completamente automática de tradução utilizando o Google leva a micro F-Scores (entre 0,861 e 0,868, dependendo da abordagem de reconhecimento) semelhantes aos obtidos através de uma abordagem mais cara, tradução semi-automática usando Unbabel (entre 0,862 e 0,870). A abordagem de tradução utilizando os serviços da Yandex obteve micro F-Scores mais baixos (entre 0,829 e 0,831). Os resultados foram semelhantes mesmo no caso onde se consideraram apenas termos de RadLex pertences às sub-árvores correspondentes a entidades anatómicas e achados clínicos. Para entender melhor os resultados, também realizei uma análise qualitativa do tipo de erros encontrados nas traduções automáticas e semiautom áticas. A análise foi feita sobre os Falsos Positivos (FPs) e Falsos Negativos (FNs) cometidos pelas traduções utilizando Yandex, Google e Unbabel em 9 documentos aleatórios e cada erro foi classificado por tipo. A maioria dos FPs e FNs são explicados não por uma tradução errada mas por outras causas, por exemplo, uma tradução alternativa que leva a uma diferença nos termos identificados. Poderia ser esperado que as traduções Unbabel tivessem muitos menos erros, visto que têm o envolvimento de humanos, do que as da Google, mas isso nem sempre acontece. Há situações em que erros são até adicionados mesmo durante a etapa de Pós-Edição. Uma revisão dos erros faz-me propor que isso poderá ser devido à falta de conhecimento médico dos editores (utilizadores responsáveis por fazer a Pós-Edição) atuais da Unbabel. Por exemplo, um stroke (acidente vascular cerebral) é algo que ocorre no cérebro, mas num caso foi usado como algo que acontece no coração - alguém com algum conhecimento sobre a medicina não faria este erro. Mas a verdade é que a Unbabel atualmente não se foca em conteúdo médico. Prevejo que se eles o fizessem e investissem em crescer uma comunidade de utilizadores especialistas com melhor conhecimento da linguagem médica, isso levaria a melhores resultados. Dito isto, os resultados deste trabalho corroboram a conclusão de que se engenheiros de software tiverem recursos financeiros limitados para pagar por Tradução Humana, ficarão melhor servidos se usarem um serviço de tradução automática como a Google em vez de um serviço que implementa Pós-Edição, como a Unbabel. É claro que talvez haja melhores serviços de Tradução Automática do que a Google ou melhores serviços de Tradução Automática + Pós-Edição do que a Unbabel oferece atualmente para o campo médico, e isso é algo que poderia ser explorado em trabalhos futuros. O corpus MRRAD e as anotações utilizadas neste trabalho podem ser encontradas em https://github.com/lasigeBioTM/MRRAD.Radiology reports describe the results of radiography procedures and have the potential of being an useful source of information which can bring benefits to health care systems around the world. One way to automatically extract information from the reports is by using Text Mining tools. The problem is that these tools are mostly developed for English and reports are usually written in the native language of the radiologist, which is not necessarily English. This creates an obstacle to the sharing of Radiology information between different communities. This work explores the solution of translating the reports to English before applying the Text Mining tools, probing the question of what translation approach should be used. Having this goal, I created MRRAD (Multilingual Radiology Research Articles Dataset), a parallel corpus of Portuguese research articles related to Radiology and a number of alternative translations (human, automatic and semiautomatic) to English. This is a novel corpus which can be used to move forward the research on this topic. Using MRRAD, I studied which kind of automatic or semi-automatic translation approach is more effective on the Named-entity recognition task of finding RadLex terms in the English version of the articles. Considering the terms identified in human translations as the gold standard, I calculated how similar to this standard were the terms identified using other translation approaches (Yandex, Google and Unbabel). I found that a completely automatic translation approach using Google leads to micro F-Scores (between 0.861 and 0.868, depending on the identification approach) similar to the ones obtained through a more expensive semi-automatic translation approach using Unbabel (between 0.862 and 0.870). To better understand the results I also performed a qualitative analysis of the type of errors found in the automatic and semi-automatic translations. The MRRAD corpus and annotations used in this work can be found at https://github.com/lasigeBioTM/MRRAD

Speech technology for medical reporting : consequences for the correction process

+155hlm.;23c

Establishing usability heuristics for heuristics evaluation in a specific domain: is there a consensus?

Heuristics evaluation is frequently employed to evaluate usability. While general heuristics are suitable to evaluate most user interfaces, there is still a need to establish heuristics for specific domains to ensure that their specific usability issues are identified. This paper presents a comprehensive review of 70 studies related to usability heuristics for specific domains. The aim of this paper is to review the processes that were applied to establish heuristics in specific domains and identify gaps in order to provide recommendations for future research and area of improvements. The most urgent issue found is the deficiency of validation effort following heuristics proposition and the lack of robustness and rigour of validation method adopted. Whether domain specific heuristics perform better or worse than general ones is inconclusive due to lack of validation quality and clarity on how to assess the effectiveness of heuristics for specific domains. The lack of validation quality also affects effort in improving existing heuristics for specific domain as their weaknesses are not addressed

Foreword

The aim of this Workshop is to focus on building and evaluating resources used to facilitate biomedical text mining, including their design, update, delivery, quality assessment, evaluation and dissemination. Key resources of interest are lexical and knowledge repositories (controlled vocabularies, terminologies, thesauri, ontologies) and annotated corpora, including both task-specific resources and repositories reengineered from biomedical or general language resources. Of particular interest is the process of building annotated resources, including designing guidelines and annotation schemas (aiming at both syntactic and semantic interoperability) and relying on language engineering standards. Challenging aspects are updates and evolution management of resources, as well as their documentation, dissemination and evaluation

Ontology-Based Clinical Information Extraction Using SNOMED CT

Extracting and encoding clinical information captured in unstructured clinical documents with standard medical terminologies is vital to enable secondary use of clinical data from practice. SNOMED CT is the most comprehensive medical ontology with broad types of concepts and detailed relationships and it has been widely used for many clinical applications. However, few studies have investigated the use of SNOMED CT in clinical information extraction. In this dissertation research, we developed a fine-grained information model based on the SNOMED CT and built novel information extraction systems to recognize clinical entities and identify their relations, as well as to encode them to SNOMED CT concepts. Our evaluation shows that such ontology-based information extraction systems using SNOMED CT could achieve state-of-the-art performance, indicating its potential in clinical natural language processing