A Semi-automated Method for Domain-Specific Ontology Creation from Medical Guidelines

The automated capturing and summarization of medical consultations has the potential to reduce the administrative burden in healthcare. Consultations are structured conversations that broadly follow a guideline with a systematic examination of predefined observations and symptoms to diagnose and treat well-defined medical conditions. A key component in automated conversation summarization is the matching of the knowledge graph of the consultation transcript with a medical domain ontology for the interpretation of the consultation conversation. Existing general medical ontologies such as SNOMED CT provide a taxonomic view on the terminology, but they do not capture the essence of the guidelines that define consultations. As part of our research on medical conversation summarization, this paper puts forward a semi-automated method for generating an ontological representation of a medical guideline. The method, which takes as input the well-known SNOMED CT nomenclature and a medical guideline, maps the guidelines to a so-called Medical Guideline Ontology (MGO), a machine-processable version of the guideline that can be used for interpreting the conversation during a consultation. We illustrate our approach by discussing the creation of an MGO of the medical condition of ear canal inflammation (Otitis Externa) given the corresponding guideline from a Dutch medical authority.Comment: Published at EMMSAD 202

SKOS and the Semantic Web: Knowledge Organization, Metadata, and Interoperability

The Simplified Knowledge Organization System (SKOS) is a Semantic Web framework, based on the Resource Description Framework (RDF) for thesauri, classification schemes and simple ontologies. It allows for machine-actionable description of the structure of these knowledge organization systems (KOS) and provides an excellent tool for addressing interoperability and vocabulary control problems inherent to the rapidly expanding information environment of the Web. This paper discusses the foundations of the SKOS framework and reviews the literature on a variety of SKOS implementations. The limitations of SKOS that have been revealed through its broad application are addressed with brief attention to the proposed extensions to the framework intended to account for them

Combining ontologies and rules with clinical archetypes

Al igual que otros campos que dependen en gran medida de las funcionalidades ofrecidas por las tecnologías de la información y las comunicaciones (IT), la biomedicina y la salud necesitan cada vez más la implantación de normas y mecanismos ampliamente aceptados para el intercambio de datos, información y conocimiento. Dicha necesidad de compatibilidad e interoperabilidad va más allá de las cuestiones sintácticas y estructurales, pues la interoperabilidad semántica es también requerida. La interoperabilidad a nivel semántico es esencial para el soporte computarizado de alertas, flujos de trabajo y de la medicina basada en evidencia cuando contamos con la presencia de sistemas heterogéneos de Historia Clínica Electrónica (EHR). El modelo de arquetipos clínicos respaldado por el estándar CEN/ISO EN13606 y la fundación openEHR ofrece un mecanismo para expresar las estructuras de datos clínicos de manera compartida e interoperable. El modelo ha ido ganando aceptación en los últimos años por su capacidad para definir conceptos clínicos basados en un Modelo de Referencia común. Dicha separación a dos capas permite conservar la heterogeneidad de las implementaciones de almacenamiento a bajo nivel, presentes en los diferentes sistemas de EHR. Sin embargo, los lenguajes de arquetipos no soportan la representación de reglas clínicas ni el mapeo a ontologías formales, ambos elementos fundamentales para alcanzar la interoperabilidad semántica completa pues permiten llevar a cabo el razonamiento y la inferencia a partir del conocimiento clínico existente. Paralelamente, es reconocido el hecho de que la World Wide Web presenta requisitos análogos a los descritos anteriormente, lo cual ha fomentado el desarrollo de la Web Semántica. El progreso alcanzado en este terreno, con respecto a la representación del conocimiento y al razonamiento sobre el mismo, es combinado en esta tesis con los modelos de EHR con el objetivo de mejorar el enfoque de los arquetipos clínicos y ofrecer funcionalidades que se corresponden con nivel más alto de interoperabilidad semántica. Concretamente, la investigación que se describe a continuación presenta y evalúa un enfoque para traducir automáticamente las definiciones expresadas en el lenguaje de definición de arquetipos de openEHR (ADL) a una representación formal basada en lenguajes de ontologías. El método se implementa en la plataforma ArchOnt, que también es descrita. A continuación se estudia la integración de dichas representaciones formales con reglas clínicas, ofreciéndose un enfoque para reutilizar el razonamiento con instancias concretas de datos clínicos. Es importante ver como el acto de compartir el conocimiento clínico expresado a través de reglas es coherente con la filosofía de intercambio abierto fomentada por los arquetipos, a la vez que se extiende la reutilización a proposiciones de conocimiento declarativo como las utilizadas en las guías de práctica clínica. De esta manera, la tesis describe una técnica de mapeo de arquetipos a ontologías, para luego asociar reglas clínicas a la representación resultante. La traducción automática también permite la conexión formal de los elementos especificados en los arquetipos con conceptos clínicos equivalentes provenientes de otras fuentes como son las terminologías clínicas. Dichos enlaces fomentan la reutilización del conocimiento clínico ya representado, así como el razonamiento y la navegación a través de distintas ontologías clínicas. Otra contribución significativa de la tesis es la aplicación del enfoque mencionado en dos proyectos de investigación y desarrollo clínico, llevados a cabo en combinación con hospitales universitarios de Madrid. En la explicación se incluyen ejemplos de las aplicaciones más representativas del enfoque como es el caso del desarrollo de sistemas de alertas orientados a mejorar la seguridad del paciente. No obstante, la traducción automática de arquetipos clínicos a lenguajes de ontologías constituye una base común para la implementación de una amplia gama de actividades semánticas, razonamiento y validación, evitándose así la necesidad de aplicar distintos enfoques ad-hoc directamente sobre los arquetipos para poder satisfacer las condiciones de cada contexto

Application of Semantics to Solve Problems in Life Sciences

Fecha de lectura de Tesis: 10 de diciembre de 2018La cantidad de información que se genera en la Web se ha incrementado en los últimos años. La mayor parte de esta información se encuentra accesible en texto, siendo el ser humano el principal usuario de la Web. Sin embargo, a pesar de todos los avances producidos en el área del procesamiento del lenguaje natural, los ordenadores tienen problemas para procesar esta información textual. En este cotexto, existen dominios de aplicación en los que se están publicando grandes cantidades de información disponible como datos estructurados como en el área de las Ciencias de la Vida. El análisis de estos datos es de vital importancia no sólo para el avance de la ciencia, sino para producir avances en el ámbito de la salud. Sin embargo, estos datos están localizados en diferentes repositorios y almacenados en diferentes formatos que hacen difícil su integración. En este contexto, el paradigma de los Datos Vinculados como una tecnología que incluye la aplicación de algunos estándares propuestos por la comunidad W3C tales como HTTP URIs, los estándares RDF y OWL. Haciendo uso de esta tecnología, se ha desarrollado esta tesis doctoral basada en cubrir los siguientes objetivos principales: 1) promover el uso de los datos vinculados por parte de la comunidad de usuarios del ámbito de las Ciencias de la Vida 2) facilitar el diseño de consultas SPARQL mediante el descubrimiento del modelo subyacente en los repositorios RDF 3) crear un entorno colaborativo que facilite el consumo de Datos Vinculados por usuarios finales, 4) desarrollar un algoritmo que, de forma automática, permita descubrir el modelo semántico en OWL de un repositorio RDF, 5) desarrollar una representación en OWL de ICD-10-CM llamada Dione que ofrezca una metodología automática para la clasificación de enfermedades de pacientes y su posterior validación haciendo uso de un razonador OWL

Decision support system for in-flight emergency events

Medical problems during flight have become an important issue as the number of passengers and miles flown continues to increase. The case of an incident in the plane falls within the scope of the healthcare management in the context of scarce resources associated with isolation of medical actors working in very complex conditions, both in terms of human and material resources. Telemedicine uses information and communication technologies to provide remote and flexible medical services, especially for geographically isolated people. Therefore, telemedicine can generate interesting solutions to the medical problems during flight. Our aim is to build a knowledge-based system able to help health professionals or staff members addressing an urgent situation by given them relevant information, some knowledge, and some judicious advice. In this context, knowledge representation and reasoning can be correctly realized using an ontology that is a representation of concepts, their attributes, and the relationships between them in a particular domain. Particularly, a medical ontology is a formal representation of a vocabulary related to a specific health domain. We propose a new approach to explain the arrangement of different ontological models (task ontology, inference ontology, and domain ontology), which are useful for monitoring remote medical activities and generating required information. These layers of ontologies facilitate the semantic modeling and structuring of health information. The incorporation of existing ontologies [for instance, Systematic Nomenclature Medical Clinical Terms (SNOMED CT)] guarantees improved health concept coverage with experienced knowledge. The proposal comprises conceptual means to generate substantial reasoning and relevant knowledge supporting telemedicine activities during the management of a medical incident and its characterization in the context of air travel. The considered modeling framework is sufficiently generic to cover complex medical situations for isolated and vulnerable populations needing some care and support services